EP4155724B1 - Procédé de détection d'un défaut dans une structure d'un dispositif par modulation vibro-acoustique - Google Patents

Procédé de détection d'un défaut dans une structure d'un dispositif par modulation vibro-acoustique Download PDF

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EP4155724B1
EP4155724B1 EP22187703.8A EP22187703A EP4155724B1 EP 4155724 B1 EP4155724 B1 EP 4155724B1 EP 22187703 A EP22187703 A EP 22187703A EP 4155724 B1 EP4155724 B1 EP 4155724B1
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signal
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low
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Definitions

  • the invention relates to a method for detecting a defect in a structure of a device.
  • the invention also relates to a system for implementing this detection method.
  • the invention applies in particular, but not exclusively, to the field of non-destructive testing (“non-destructive testing” in English) and structural integrity monitoring (“Structural Health Monitoring” in English).
  • VAM vibro-acoustic modulation
  • the low frequency signal makes it possible to periodically move a contact type fault between its closed state and an open state.
  • the defect volume is greater.
  • the walls opposite this crack are further away from each other than in the closed state.
  • vibro-acoustic modulation uses a high frequency signal whose frequency is generally greater than 10 kHz or 20 kHz. Thanks to this, it is possible to detect very small defects, for example micrometric defects which are not necessarily detectable by other methods.
  • the computer implements signal processing algorithms which make it possible to detect the presence of an additional power lobe, in a power spectrum of the vibration signal, located outside the power ranges where the power of the low frequency and high frequency signals.
  • the signal processing algorithms require the implementation of low frequency transmitter and high frequency transmitter which generate low frequency signals and high frequency having particular characteristics. It is these particular characteristics which then allow the detection of an additional lobe when it is present in the power spectrum.
  • condition ii) is satisfied by requiring that the ratio between the instantaneous frequency of the low frequency signal and the instantaneous frequency of the high frequency signal is always constant. In the method of A1, this ratio is equal to 1/120.
  • the low frequency and high frequency signals must also be transmitted in the absence of noise likely to disrupt, in particular, the low frequency signal.
  • the known methods using vibro-acoustic modulation to detect the presence of a fault remain quite complex to implement, in particular because they require integrating into the structure two different types of transmitters, namely the low frequency transmitter and the high frequency transmitter. Furthermore, these methods cannot be implemented at the same time as the device which integrates the structure is used. Indeed, the use of such a device in an industrial environment results in the presence of significant noise, particularly at low frequencies, which disrupts the low frequency signal generated by the low frequency transmitter.
  • the invention aims to propose a method for detecting defects which uses vibro-acoustic modulation while being simpler to implement. Its subject therefore is a method for detecting a defect in a structure conforming to claim 1.
  • the invention also relates to a system for implementing this detection method according to claim 10.
  • Structure 6 is a mechanical part of device 4. Subsequently, this first embodiment is described in the particular case where structure 6 is a thin structure.
  • the thin structure 6 has an external face and an internal face separated from each other by the thickness e 6 of the thin structure 6.
  • the thickness es is sufficiently small so that the external faces and internal guide the propagation of an elastic wave or a Lamb wave in the thin structure in directions parallel to these external and internal faces.
  • the thickness e 6 is ten or a hundred times smaller than a length and/or a width of the thin structure 6.
  • the thickness e 6 is less than 1.5 ⁇ v , where ⁇ v is the wavelength of a volume wave of frequencies f HFmin which can propagate parallel to the external face of the thin structure 6.
  • frequency f HFmin is defined below.
  • the thin structure 6 is a composite panel constituting the fuselage of an aircraft.
  • device 4 is the plane which contains this composite panel.
  • the thin structure 6 is made of laminated composite materials, that is to say by a stack, in a direction perpendicular to the external face, of a succession of layers each made of a respective material.
  • teaching given in this particular case can be transposed without particular difficulty to many other possible structures.
  • the thin structure 6 is represented in the form of a simple rectangle. However, in reality, the shape of the thin structure 6 is more complex. In particular, in the particular case of a composite panel of the fuselage, the thin structure 6 typically has rounded curves.
  • the device 4 typically comprises at least one propulsion motor 10 which, for example, rotates the blades of a turbine to move the airplane and make it fly.
  • the normal use of the device 4 consists of rotating this turbine using the motor 10.
  • normal use of the device 4 generates a low frequency signal which causes the thin structure 6 to vibrate at low frequency.
  • a “normal” use is a use of the device 4 which is not solely intended to detect a defect in the thin structure 6.
  • the normal use of the device 4 consists of driving the blades of the turbine at a speed which propels the aircraft along a trajectory.
  • “low frequency” designates frequencies between 5 Hz and 20 kHz.
  • the device 4 is such that 95% of the power of the low frequency signal is included in a band [f BFmin , f BFmax ] of frequencies when the device 4 is used in the absence of high frequency signal generated by the equipment 8.
  • This power spectrum is constructed by applying a Fourier transform to the vibration measurement samples acquired at a constant sampling frequency f e .
  • This frequency f e is greater than 40 kHz and, here, also greater than twice the frequency f HFmax .
  • the frequency f HFmax is described later.
  • the vibrations in the structure 6 which appear when the motor 10 drives the turbine in rotation to propel the aircraft are between 100 Hz and 2 kHz.
  • the frequencies f BFmin and f BFmax are different.
  • the width of the band [f BFmin ; f BFmax ] is greater than 5 Hz and, typically, greater than 100 Hz.
  • the power of the low frequency signal generated by device 4 when used is large enough to be capable of moving a contact type fault between its open and closed states.
  • the low frequency signal generated by the device 4 when used is a vibration wave also called “wave elastic at low frequency. It propagates parallel to the external face of the thin structure 6 and everywhere in the thin structure 6. It is reflected by discontinuities in the thin structure 6 and, in particular, by the edges of the thin structure 6.
  • the low frequency signal generated by the device 4 during its normal use is a signal generated involuntarily. So it is a noise. This noise may have the characteristics of a diffuse field but not necessarily. The characteristics of the low frequency signal cannot therefore be adjusted or controlled precisely unlike the characteristics of a low frequency signal generated by a low frequency transmitter dedicated to this function. This is why this low frequency signal has not been used in known defect detection methods such as that described in article A1.
  • a contact type defect may appear in the thin structure 6.
  • Such a contact type defect may appear in the thin structure 6.
  • contact is for example a crack.
  • such a crack may appear inside one of the layers of materials of the component or be the result of delamination between two layers stacked on top of each other.
  • the equipment 8 makes it possible to detect the appearance of a contact type fault in the thin structure 6 at an early stage, that is to say well before this fault renders the device 4 unusable.
  • the transmitter 20 is able to generate a high frequency signal which propagates in the thin structure 6 parallel to its external face.
  • the transmitter 20 is fixed on the thin structure 6 without any degree of freedom in directions parallel to the external face of the thin structure 6.
  • the transmitter 20 is fixed on the thin structure 6 without any degree of freedom in a direction perpendicular to the external face.
  • the transmitter 20 is glued to the external or internal face of the thin structure 6.
  • the transmitter 20 can also be received in a housing made for this purpose in the thickness of the thin structure 6. In the latter case , the emitter 20 is located between the external and internal faces of the thin structure 6.
  • the transmitter 20 is able to generate a high frequency signal which has the characteristics described below.
  • the transmitter 20 fulfills no other function within the device 4 or the system 2 than that of generating this high frequency signal.
  • the high frequency signal generated by the transmitter 20 is an elastic wave.
  • the high frequency signal is a Lamb wave. 95% of the high frequency signal power is included in a band [f HFmin ; f HFmax ] of frequencies when the high frequency signal is emitted in the absence of a low frequency signal.
  • the power spectrum constructed from samples of a measurement of the vibrations of the thin structure 6 when the high frequency signal is emitted and when the device 4 is unused presents a power lobe which represents 95% of the power total measured over the entire extent of the constructed power spectrum. This power lobe begins at frequency f HFmin and ends at frequency f HFmax .
  • This power spectrum is constructed by applying a Fourier transformation directly to the vibration measurement samples acquired at the constant sampling frequency f e .
  • the thin structure 6 is not subject to any vibration, except those possibly generated by the transmitter 20.
  • the frequency f HFmin is twice the frequency f BFmax and generally five or ten times higher than the frequency f BFmax .
  • the frequency f HFmax is chosen to avoid detection of faults that are too small. In fact, the greater the frequency f HFmax , the smaller the size of the defects detectable by the equipment 8. However, it is desirable not to detect faults of too small a size which do not present any risk for the operation of the device 4 and which should therefore not trigger any preventive maintenance operation. Because of this, generally the frequency f HFmax is less than 5 MHz.
  • the frequencies f HFmin and f HFmax are in the frequency band where the attenuation per unit length of the Lamb waves in the thin structure 6 is low.
  • the frequencies f HFmin and f HFmax are chosen so that the attenuation of the Lamb waves is low enough to allow the Lamb waves to propagate over a sufficient length before being attenuated too much.
  • a “sufficient length” is a length that allows Lamb waves to reach the defect to be detected.
  • a sufficient length is a length between 0.1.L max and L max or between 0.5.L max and L max , where L max is the greatest distance which separates the emitter 20 from an edge of the thin structure 6.
  • “too attenuated” means that the vibro-acoustic modulation generated by the interaction of the low frequency signal and the Lamb waves at the level of the most distant defect that the equipment 8 must make it possible to detect, does not is not detectable from the measurements of the sensor 22 because the power of the signal caused by the vibro-acoustic modulation is less than or equal to the power of the measurement noise.
  • the measurement noise is equal to the sum of the ambient noise in the thin structure 6 and the electronic noise of the equipment 8 and, in particular, of the sensor 22.
  • the choice of the frequencies f HFmin and f HFmax depends on the characteristics of the thin structure 6 and the characteristics of the measurement noise. Typically, the frequencies f HFmin and f HFmax are therefore chosen by carrying out experiments or numerical simulations until acceptable values are found for the frequencies f HFmin and f HFmax .
  • the frequencies f HFmin and f HFmax are also located within the passband of the sensor 22, that is to say within the frequency band where the vibrations can be measured by this sensor 22.
  • the high frequency signal is designed to, combined with the low frequency signal generated by the normal use of the device 4, produce a vibro-acoustic modulation detectable when the thin structure 6 includes a contact type defect and this without imposing any constraint particularly on the low frequency signal.
  • the characteristics of the low frequency signal are imposed by the construction and normal use of the device 4. It has been established that for the simultaneous generation of high frequency and low frequency signals to produce a vibro-acoustic modulation detectable when If a contact type fault is present, the high frequency signal generated by the transmitter 20 must verify two conditions subsequently called, respectively, condition (1) and condition (2).
  • Condition (1) is that the duration of the high frequency signal must be greater than 1/f BFmin .
  • the high frequency signal is emitted for the entire duration d i of an interval [t i ; t i+1 ],
  • the transmission of the high frequency signal begins at a time t i and ends at a time t i+1 .
  • the high frequency signal transmission intervals can be repeated.
  • the duration d i is several times greater than 1/f BFmin .
  • the duration d i is ten or a hundred times greater than 1/f BFmin .
  • the duration d i is chosen sufficiently long so that the high frequency signal has time to be reflected by the edges of the thin structure 6 before returning to the sensor 22.
  • the duration d i is also chosen quite short, that is to say typically less than 5 min or 1 min or 30 s.
  • the width of the range [u BFmin ; u BFmax ] is systematically greater than 5 Hz or 100 Hz.
  • the power spectrum of the vibration signal for which condition (2) is verified is not necessarily that constructed by directly applying a Fourier transform to the samples of the vibration signal acquired at the constant frequency f e .
  • it may be a power spectrum constructed from samples of the vibrational signal having already undergone post-processing such as adaptive re-sampling, filtering or the like.
  • the frequency f BFm of the low frequency signal and the frequency f HFi of the high frequency signal which form a pair (f BFm ; f HFi ) of frequencies for which a vibro-acoustic modulation occurs in the presence of a defect in the thin structure 6 are not here known in advance.
  • the frequency f HFi for which a vibro-acoustic modulation occurs in the presence of a defect in the thin structure 6, vary depending on the characteristics of the thin structure, the characteristics of the low frequency signal and sometimes in addition in depending on the characteristics of the fault to be detected.
  • the high frequency signal scans a wide frequency band.
  • the width of the range [f HFmin ; f HFmax ] is wide, that is to say greater than 10 kHz and, preferably, greater than 20 kHz or 50 kHz. Therefore, using a wide range [f HFmin ; f HFmax ], the probability that this range includes at least one frequency f HFi increases. It is therefore possible to implement a detection method using vibro-acoustic modulation without first determining precisely where the frequencies f HFi for which the Vibro-acoustic modulation appears when a defect is present in the thin structure.
  • the high frequency signal emitted is a chirp, better known by the English term “chirp”.
  • the frequency of the high frequency signal is modulated to sweep at least once all the frequencies of the band [f HFmin ; f HFmax ] during the duration d i of the interval [t i ; t i+1 ] and following a predetermined law L HF .
  • the L HF law associates each instant t included in the interval [t i ; t i+1 ] a predetermined instantaneous frequency f HF (t) of the high frequency signal.
  • the law L HF is a linear function which causes the instantaneous frequency f HF (t) of the high frequency signal to increase linearly, as a function of time t, starting from the frequency f HFmin at l 'time t i up to the frequency f HFmax at time t i+1 .
  • the instantaneous amplitude of the high frequency signal remains constant and is not modulated.
  • the law L HF is a law predetermined in advance and stored in the computer 24.
  • the high frequency signal is entirely defined from the moment when the frequency f HFmin , the duration d i and the law L HF are known.
  • the transmitter 20 is capable of transmitting the high frequency signal described above.
  • the transmitter 20 is a piezoelectric transmitter controlled by the computer 24.
  • the sensor 22 is capable of measuring the vibration signal and, in particular, the harmonics resulting from the vibro-acoustic modulation when a defect is present in the thin structure. To this end, its bandwidth includes the frequency band in which these harmonics are likely to appear. Here, for this, the upper limit of its bandwidth at -3 dB is greater than 2f HFmax or 3f HFmax .
  • the lower limit of its bandwidth at -3 dB is preferably less than or equal to 20 kHz.
  • its lower limit is sufficiently low so that this same sensor 22 can be used to measure the low frequency signal generated during the use of the device 4.
  • this lower limit is less than 100 Hz or 10 Hz.
  • the sensor 22 is fixed on the thin structure without any degree of freedom in the directions parallel to the external face of the thin structure 6.
  • the sensor 22 is for example fixed on the thin structure 6 as described in the case of the transmitter 20.
  • the equipment 8 comprises a single sensor 22 for measuring the vibration signal.
  • the sensor 22 is for example a piezoelectric sensor.
  • the computer 24 is configured to implement one of the detection methods of figures 2 And 7 .
  • it comprises a programmable microprocessor 30 and a memory 32 containing the instructions and data necessary for implementing the detection method.
  • the man-machine interface 6 includes, for example, a screen or an indicator light which makes it possible to signal to a human being the presence of a fault in the thin structure 6 when the computer 24 has detected such a fault.
  • the computer 24 and the man-machine interface 26 do not need to be directly fixed on the thin structure 6. On the contrary, they are deported elsewhere in the aircraft.
  • computer 24 and the man-machine interface 26 are not necessarily dedicated only to the detection of a defect in the thin structure 6. Thus, they can also be used, alternately, to perform other functions such as for example the processing of measurements coming from sensors other than sensor 22.
  • the graphs of figures 3 to 6 and the graph of the figure 8 represent power spectra.
  • the abscissa are frequencies expressed in Hertz and the ordinates represent the signal power for a corresponding frequency.
  • the ordinates are expressed in an arbitrary unit depending on the power of the signal and, for example, proportional to the power of this signal for this frequency.
  • Phase 50 of use can be repeated several times. In this case, between two successive iterations of phase 50, the method includes a rest phase 52 during which the device 4 is not used.
  • Phase 50 consists of normally using the device 4.
  • the turbine is rotated by the motor 10 to propel the aircraft along a trajectory.
  • the plane is in flight.
  • the use of the device 4 causes the generation of the low frequency signal previously described in the thin structure 6.
  • phase 52 device 4 is unused and generation of the low frequency signal is therefore interrupted.
  • the aircraft is stationary and parked in a parking lot.
  • Engine 10 is off and the turbine is not turning.
  • Phases 60 and 80 are executed at least partly in parallel with phase 50 of use. On the other hand, although this is possible and even in certain advantageous cases, it is not necessary that phases 60 and 80 are both carried out entirely in parallel with a phase 50 of use or entirely in parallel with a same phase 50.
  • the sensor 22 measures the vibration signal and the computer 24 acquires, during a step 62, the measurements of the sensor 22 at the sampling frequency f e .
  • the computer 24 inhibits the generation of the high frequency signal.
  • the vibration signal measured by the sensor 22 during step 62 and acquired by the computer 24 corresponds only to the low frequency signal.
  • the calculator 24 determines the value of the frequencies f BFmin and f BFmax which, in the power spectrum constructed directly from the samples taken at the frequency f e , delimits the band [f BFmin ; f BFmax ] of frequencies.
  • the calculator uses the frequency f BFmin determined during step 64 to choose a duration d i of the interval [t i ; t i+1 ] which satisfies condition (1) previously stated.
  • the calculator 24 uses the frequency f BFmax determined during step 64 to choose a frequency f HFmin greater than twice the frequency f BFmax determined. Therefore, from this moment, the waveform of the high frequency signal to be generated is entirely defined since the law L HF is pre-recorded in memory 32.
  • the high frequency signal thus defined also satisfies condition (2) in particular because of the waveform imposed by the law L HF chosen.
  • L HF the waveform imposed by the law L HF chosen.
  • T R (t) the instantaneous sampling period at the instant t is no longer constant, but a function of the ratio 1/f HF (t), where f HF (t) is the instantaneous frequency of the high frequency signal at time t.
  • the period T R (t) is proportional to k/f HF (t), where k is a constant natural number.
  • Adaptive resampling methods are known. Consequently, the adaptive resampling method implemented here is not described in detail. For example, the adaptive resampling method implemented is the same as that described in article A1.
  • the width of the band [u HFmin ; u HFmax ] is very small, that is to say less than 5 Hz.
  • the width of the band [u HFmin ; u HFmax ] is systematically lower than the frequency u BFmin which corresponds to the lower limit of the band [u BFmin ; u BFmax ]. This is illustrated further on the figures 4 to 6 .
  • phase 80 is executed.
  • Phase 80 is at least partly executed in parallel with phase 50.
  • phase 50 has started for several minutes, during a step 82, the computer 24 controls the transmitter 20 to generate the high frequency signal defined during phase 60 at the same time as the use of the device 4 generates the low frequency signal.
  • the sensor 22 measures the vibration signal caused by the simultaneous propagation of the high frequency signal and the low signal frequency in the thin structure 6.
  • the calculator 24 acquires, at the frequency f e, the samples of the vibration signal measured throughout the duration of the interval [t i ; t i+1 ],
  • the computer 24 After time t i+1 , during a step 86, the computer 24 detects, from the measurements acquired of the vibration signal, the presence of a fault. For this, the computer 24 detects the presence of at least one additional power lobe corresponding to the harmonics caused by the vibro-acoustic modulation in the event of the presence of a fault.
  • the computer 24 first carries out an adaptive resampling to obtain the new sampling in which the instantaneous sampling period T R (t) is proportional to 1/f HF (t).
  • the calculator 24 detects the presence of an additional power lobe in the power spectrum constructed by applying a Fourier transform directly to the samples of the new sampling. If such an additional power lobe exists, it is usually located to the right and left of a power peak centered on the average frequency f HFm of the high frequency signal.
  • the frequency f HFm is equal to (f HFmin + f HFmax )/2.
  • step 96 it controls the man-machine interface 26 to signal the existence of a fault in the thin structure 6 to a user.
  • the computer 24 inhibits the signaling of such a fault.
  • Phase 80 can be repeated several times during phase 50 of use. For example, phase 80 is repeated at regular intervals to frequently check the state of health of the thin structure 6. It is also possible to trigger the execution of phase 80 in response to receipt, by the computer 24, of 'an order transmitted by a user.
  • Spectrum 302 extends continuously from 25 kHz to 100 kHz. Over this band from 25 kHz to 100 kHz, the 302 spectrum is practically constant except near the limits at 25 kHz and 100 kHz.
  • This graph shows that in the power spectrum 304 of the vibration signal measured by the sensor 22, the harmonics caused by vibro-acoustic modulations are located inside the band [f HFmin ; f HFmax ] and therefore cannot be clearly distinguished from the power lobe corresponding to the high frequency signal.
  • the graph of the Figure 4 represents the power spectrum of the vibration signal obtained after adaptive resampling and in the absence of a defect in the thin structure 6.
  • the graphs of figures 5 to 6 represent the power spectrum of the same vibration signal as that used to construct spectrum 304 but obtained after adaptive resampling, that is to say by applying a Fourier transform to the samples obtained at the end of the operation 88.
  • the graphs of figures 5 And 6 were obtained in the presence of a microcrack in the thin structure 6 and more precisely in the presence of the beginning of delamination between two layers of the blade.
  • the graph of the Figure 6 is an enlargement of the portion of the graph of the Figure 5 around the power peak corresponding to the high frequency signal.
  • the additional power lobes located to the right and left of the power peak corresponding to the high frequency signal are surrounded by frames, respectively 602 and 604.
  • the comparison of the power spectrum 304 to the spectrum of the graph of the Figure 4 shows that adaptive resampling has the effect of compressing the power spectrum of the high frequency signal around the mid frequency fHFm .
  • this frequency f HFm is equal to 62.5 kHz.
  • the width of the band [u HFmin ; u HFmax ] is very small and smaller than the frequency u BFmin .
  • the power lobe which is caused by the low frequency signal is surrounded by an oval 502.
  • THE figures 5 And 6 show that in the power spectrum obtained after adaptive resampling, the additional power lobes caused by the vibro-acoustic modulation are clearly distinguished from the power peak caused by the high frequency signal located at 62.5 kHz.
  • the computer 24 can thus easily detect the existence of these additional power lobes in the power spectrum of the figures 5 And 6 .
  • FIG. 7 represents another method of detecting a fault capable of being implemented by the computer 24 instead of the method of figure 2 .
  • This process is identical to the process of figure 2 except that the calibration phase 60 is replaced by a calibration phase 200 and the detection phase 80 is replaced by a detection phase 210.
  • Phase 200 consists of identifying at least one frequency f HFi for which the vibro-acoustic modulation appears when a defect is present in the thin structure 6 and in the presence of the low frequency signal generated by the use of the device 4.
  • the frequency f HFi is determined by experimentation or by numerical simulation. Once the frequency f HFi has been identified, it is recorded in the memory 32 of the computer 24. Particularly in the case where the frequency f HFi is determined by digital simulation, it is not necessary for this phase 200 to be executed at least partly in parallel with a phase 50.
  • the power spectra 300, 306 and 308 are obtained by applying a Fourier transform directly to the samples, respectively, of the low frequency signal, the high frequency signal and the vibrational signal acquired at the sampling frequency f e .
  • spectrum 306 is a simple line of very small width located at the frequency 62.5 kHz. Typically, the width of this line is less than 5 Hz so that condition (2) is systematically satisfied.
  • the additional power lobes caused by the vibro-acoustic modulation are located on either side of the power peak at 62.5 kHz corresponding to the high frequency signal and can therefore be easily detected by the calculator 24.
  • the height of the additional lobes is approximately equal to the height of the peak at 62.5 kHz. However, in reality, as previously indicated, the height of the additional lobes is much smaller.
  • the thin structure in which a defect must be detected by implementing one of the methods described in Chapter I can be any part in width and length which is ten times or one hundred times greater than its thickness.
  • the width and length of this non-rectangular part are equal, respectively, to the length and width of the rectangle of smallest area which entirely contain the orthogonal projection of this non-rectangular part on a plane, along a direction normal to the external face of this part.
  • the thin structure can also be a plate, a rail, a tube, a bar or any other part whose thickness is small compared to its length or width.
  • the thin structure does not necessarily include both an external face and an internal face.
  • the thin structure can be made of materials other than a laminated composite material.
  • the thin structure can be made of a non-laminated or non-composite material.
  • the thin structure is a blade of a turbine or a propeller.
  • the processes described here also apply to thin structures made of metal or concrete.
  • Defects detectable using the methods described here are not limited to cracks or microcracks. It may also be defects such as traces of corrosion or a local modification of the porosity of the thin structure.
  • the device equipped with the thin structure is not necessarily an airplane.
  • the device 4 can be any vehicle for transporting equipment or people.
  • the use of the device consists of using the vehicle to transport equipment or people along a trajectory.
  • a vehicle is equipped with an engine capable of propelling it along this trajectory when it is operating.
  • the low frequency signal is then for example generated by the vibrations of this propulsion motor when it is operating or by the turbulent flow of a fluid which flows along the thin structure when this vehicle is moving.
  • the thin structure is for example a part of the body of this vehicle or of the chassis of this vehicle or of an engine of this vehicle.
  • the vehicle may be an aircraft, a motor vehicle, a railway vehicle, a maritime transport vehicle, a rocket or the like.
  • the device can also be a fluid transport pipe.
  • the use of the device consists of circulating, typically in turbulent regime, the fluid to be transported inside the pipe.
  • the thin structure is typically the wall of the pipe.
  • the fluid transported can be a liquid or a gas.
  • the device can also be a structure on which a vehicle transporting equipment and/or people travels.
  • the use of the device consists of circulating the transport vehicle on this structure.
  • the work is for example a civil engineering work such as a bridge or a track on which the transport vehicle travels.
  • the thin structure is for example a rail on which a railway vehicle travels.
  • the structure is not a thin structure.
  • the high frequency signal is adapted to propagate, without being too much attenuated in the structure and, preferably, parallel to one face of this structure.
  • the Lamb wave is replaced by a Rayleigh wave which propagates parallel to one face of the structure.
  • an EMAT sensor in the context of fault detection in a thin metal structure is for example described in the application FR3105554 .
  • An EMAT sensor is interesting in that the measurement of the vibration signal is carried out without direct contact between the sensor and the external or internal face of the thin structure.
  • the EMAT sensor is fixed on the thin structure so as to present no degree of freedom in a direction parallel to the face of the thin structure on which it is fixed. On the other hand, it can present a low degree of freedom in a direction perpendicular to this face.
  • the senor 22 is only capable of measuring the components of the vibration signal whose frequencies are greater than f BFmax . In this case, this sensor cannot be used during phase 60 of calibration. From then on, the calibration phase 60 is carried out using another sensor capable of measuring the low frequency signal. This other sensor can be fixed on the thin structure 6 only during the calibration phase and then removed. In fact, this other sensor is not necessary for the implementation of phase 80 or phase 210 of detection.
  • the number of sensors used in the equipment 8 to measure the vibration signal may be greater than one. In the case where the number of sensors is greater than two, the location of the fault detected in the thin structure is often also possible.
  • the transmitter 20 can also be used to generate the high frequency signal.
  • a piezoelectric sensor an EMAT sensor, a PVDF film can also be used to generate the high frequency signal.
  • the same sensor can additionally be used to generate the high frequency signal and, alternately, to measure the vibration signal.
  • the transmitter 20 generates, as a high frequency signal, not a Lamb wave but another type of ultrasonic elastic wave such as a volume wave, a surface wave, a Rayleigh wave or other . In these latter cases, it is not necessary for the structure 6 to be a thin structure.
  • the equipment 8 can also include several copies of the transmitter 20 fixed at different locations on the thin structure.
  • the man-machine interface 26 is removable. In this case, typically, when using the device 4, the interface 26 is not present.
  • the interface 26 is connected to the computer 24 only during a preventive maintenance operation to display the existence or not of a fault.
  • the calibration phase can be omitted.
  • the frequency f HFmin and the duration d i are constants pre-recorded in the memory 32. These constants have previously been determined so that condition (1) is satisfied, for example, at from digital simulations and/or from measurements carried out on a prototype.
  • the sampling frequency is not necessarily greater than twice the frequency f HFmax .
  • Short Time Fourier Transform can also be implemented as an alternative to an adaptive resampling method.
  • STFT Short Time Fourier Transform
  • the implementation of such short-time Fourier transforms for this purpose is for example described in detail in article A1.
  • adaptive resampling There are still other alternative methods to adaptive resampling.
  • Such alternative methods are, for example, described in the following article: Zhipeng Feng et Al, "Recent advances in time-frequency analysis methods for machinery fault diagnosis: A review with application examples", Mechanical Systems and Signal Processing, Volume 38, Issue 1, 5 July 2013, Pages 165-205 .
  • the equipment 8 comprises several sensors and typically at least three sensors distributed over the thin structure, it is possible not only to detect the presence of a fault, but also to locate its location.
  • the detection methods described are combined with a known method of locating a fault from the vibration signals measured by each of the sensors. For example, the distance between a sensor and the detected fault is estimated from the propagation time of the vibration signal to this sensor then, by triangulation, the location of the detected fault is estimated.
  • a method based on this principle is for example described in the application FR3014200 .
  • the fault imaging method described in the application FR3075373 can also be adapted to use the vibration signals measured by each of the sensors of the equipment 8 in order to locate the detected fault.
  • the distance between the transmitter 20 and each of the sensors is greater than a wavelength ⁇ HFmin of the high frequency signal at frequency f HFmin .
  • this distance is greater than 1 cm, 5 cm or 10 cm.
  • the duration of emission of the high frequency signal is chosen sufficiently short so that the high frequency signal emitted is not reflected by discontinuities in the thin structure such as for example its edges.
  • chirp is possible as a high frequency signal.
  • a linear increase in frequency it may be a linear decrease in frequency.
  • the linear growth of the instantaneous frequency during the duration d i can also be replaced by an exponential growth of the instantaneous frequency during this duration d i .
  • the adaptive resampling method must be adapted to obtain a new sampling period T R (t) at time t which remains an integer multiple of the period 1/f HF (t).
  • GUIDORZI et Al "Impulse responses measured with MLS o Swept-Sine signals applied to architectural acoustics: an in-depth analysis of the two methods and sum case studies of measurements inside theaters", Energy Procedia 78, 2015, pages 1611-1616 .
  • LA HF which at each instant t of the interval [t i ; t i+1 ] associates a non-zero instantaneous amplitude A HF (t) of the high frequency signal.
  • the high frequency signal is not a "chirp".
  • the high frequency signal can also be a high frequency signal corresponding to a power spectrum combining several single-frequency signals at distinct frequencies.
  • the detection step 86 can be carried out at a time when the device 4 is not used. In this case, during phase 50, the measurements of the sensor 22 are recorded in the memory 32 then the processing of these recorded measurements is carried out in parallel with phase 52.
  • Condition (2) makes it possible to use a low frequency signal naturally generated during use of the device to detect faults instead of using low frequency signals generated by a low frequency transmitter dedicated to this use.
  • the different embodiments of the detection method described here retain the advantages of detection methods using vibro-acoustic modulation while also having the advantage that it is not necessary to install an additional low frequency transmitter in the device to implement this detection method.
  • the width of the band [f HFmin ; f HFmax ] is greater than 10 kHz and preferably greater than 50 kHz makes it possible to obtain a high frequency signal which sweeps a wide range of frequencies each time it is transmitted. Under these conditions, it is not necessary to carry out a prior analysis to precisely determine the frequency(ies) f HFi of the high frequency signal for which a vibro-acoustic modulation appears in the presence of a fault. This therefore simplifies the implementation of the detection method. This also makes it possible to detect a greater number of different defects. Indeed, depending on the nature of the defect present, the frequency f HFi of the high frequency signal for which a vibro-acoustic modulation appears is not necessarily always the same. Thus, by scanning a wide frequency range, the high frequency signal makes the process sensitive to different types of defects.
  • the calibration phase makes it possible to automatically adjust the frequency f HFmin and the duration d i of the high frequency signal. This therefore simplifies the implementation of the process and allows it to be automatically adapted to a greater number of different situations.
  • Lamb waves for the high frequency signal makes it possible to reduce the energy consumption of the equipment 8 because the attenuation of Lamb waves in a thin structure is low.

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Description

  • L'invention concerne un procédé de détection d'un défaut dans une structure d'un dispositif. L'invention concerne également un système pour la mise en oeuvre de ce procédé de détection.
  • L'invention s'applique en particulier, mais pas exclusivement, au domaine du contrôle non destructif (« nondestructive testing » en anglais) et à la surveillance d'intégrité structurelle (« Structural Health Monitoring » en anglais).
  • Des procédés connus de détection de défauts exploitent les interactions non linéaires entre un défaut de la structure et un signal haute fréquence qui apparaissent en présence d'un signal basse fréquence. De telles interactions non linéaires sont classiquement appelées "modulations vibro-acoustiques" et plus connues sous l'acronyme VAM («vibro-acoustic modulation»). Ces procédés permettent de détecter des défauts de type contact, c'est-à-dire des défauts qui, en absence de sollicitations extérieures sont dans un état fermé. Dans l'état fermé, le volume du défaut est minimal. Par exemple, lorsque le défaut correspond à une fissure, dans l'état fermé, les parois en vis-à-vis de cette fissure se touchent au moins sur une partie voire sur toute leur longueur. De tels défauts de type contact sont souvent des précurseurs de défauts qui s'aggravent au cours du temps. Ces défauts de type contact sont difficilement détectables justement parce que dans l'état fermé, ils ne correspondent pas nécessairement à une fissure ouverte qui peut interagir plus facilement avec des ondes qui se propagent dans la structure.
  • Le signal basse fréquence permet de déplacer périodiquement un défaut de type contact entre son état fermé et un état ouvert. Dans l'état ouvert, le volume du défaut est plus important. Par exemple, lorsque le défaut est une fissure, les parois en vis-à-vis de cette fissure sont plus éloignées l'une de l'autre que dans l'état fermé.
  • Dans l'état ouvert, les interactions du défaut avec le signal haute fréquence sont différentes des interactions du signal haute fréquence avec le défaut dans son état fermé. Ainsi, un autre avantage de la modulation vibro-acoustique est qu'elle ne nécessite pas de disposer d'une mesure de référence réalisée dans la structure en absence de défaut pour être capable de détecter l'apparition d'un tel défaut.
  • Enfin, la modulation vibro-acoustique utilise un signal haute fréquence dont la fréquence est généralement supérieure à 10 kHz ou à 20 kHz. Grâce à cela, il est possible de détecter de très petits défauts, par exemple des défauts micrométriques qui ne sont pas nécessairement détectables par d'autres procédés.
  • Dans les procédés connus, pour mettre en oeuvre la modulation vibro-acoustique, il faut :
    • un émetteur basse fréquence qui génère le signal basse fréquence,
    • un émetteur haute fréquence qui génère le signal haute fréquence,
    • un capteur qui mesure le signal vibratoire causé par les signaux basse fréquence et haute fréquence générés en même temps dans la structure, et
    • un calculateur qui traite les mesures du signal vibratoire.
  • Plus précisément, le calculateur met en oeuvre des algorithmes de traitement de signaux qui permettent de détecter la présence d'un lobe additionnel de puissance, dans un spectre de puissance du signal vibratoire, situé en dehors des plages de puissance où se concentre la puissance des signaux basse fréquence et haute fréquence. Pour être capable de détecter l'existence d'un tel lobe additionnel de puissance dans le spectre de puissance, les algorithmes de traitement de signal nécessitent la mise en oeuvre d'émetteur basse fréquence et d'émetteur haute fréquence qui génèrent des signaux basse fréquence et haute fréquence ayant des caractéristiques particulières. C'est ces caractéristiques particulières qui permettent ensuite la détection d'un lobe additionnel lorsque celui-ci est présent dans le spectre de puissance.
  • Des exemples de tels procédés connus sont décrits dans les documents suivantes :
    • US2021/156759A1 ,
    • Lee YU FUNG et Al : « Identification of fatigue crack under vibration by nonlinear guided waves », Mechanical Systems and Signal Processing, Elsevier, Amsterdam, NL, vol. 163, 17/06/2021.
    En particulier, les deux documents ci-dessus citent la possibilité d'utiliser des vibrations naturelles de la structure lors de son utilisation en tant que signal basse fréquence pour la modulation vibro-acoustique.
  • D'autres procédés utilisent également un signal basse fréquence et un signal haute fréquence pour détecter des défauts dans une structure sans pour autant qu'il s'agisse de modulations vibro-acoustiques. Un exemple d'un tel procédé est décrit dans l'article suivant : OCHÔA PEDRO A et Al : « Effects of high-amplitude low-frequency structural vibration and machinery sound waves on ultrasonic guided wave propagation for health monitoring of composite aircraft primary structures », Journal of Sound and Vibration, Elsvier, Amsterdam, NL, vol. 475, 28 février 2020. Cet article ne traite pas de modulations vibro-acoustiques, car la durée du signal haute fréquence est beaucoup plus courte qu'une période du signal basse fréquence. Dans ces conditions, aucune non-linéarité n'est observée ou observable dans le spectre de puissance en cas de présence d'un défaut dans la structure.
  • Un autre procédé de détection de défaut par modulation vibro-acoustique est divulgué dans l'article suivant : Dziedziech et al : «Efficient swept sine chirp excitation in the non-linear vibro-acoustic wave modulation technique used for damage détection», Structural Health Monitoring, 2018, volume 17 (3), pages 565-576. Par la suite, cet article est désigné par la référence A1.
  • Dans le procédé de A1 pour qu'il soit possible de détecter l'existence de lobe additionnel de puissance dans le spectre de puissance du signal vibratoire, les deux conditions suivantes doivent être satisfaites :
    1. i) les signaux basse fréquence et haute fréquence générés doivent systématiquement être en phase, et
    2. ii) le taux de variation de la fréquence du signal basse fréquence doit être identique au taux de variation de la fréquence du signal haute fréquence.
  • Dans le procédé de A1, la condition ii) est satisfaite en imposant que le ratio entre la fréquence instantanée du signal basse fréquence et la fréquence instantanée du signal haute fréquence soit toujours constant. Dans le procédé de A1, ce ratio est égal 1/120.
  • Pour satisfaire les conditions i) et ii), il est donc nécessaire d'équiper la structure à la fois avec un émetteur basse fréquence dédié à la génération du signal basse fréquence souhaité et avec un émetteur haute fréquence dédié à la génération du signal haute fréquence souhaité.
  • De plus, il faut aussi que les signaux basse fréquence et haute fréquence soient émis en absence de bruit susceptible de perturber, notamment, le signal basse fréquence.
  • Ainsi, en milieu industriel notamment, les procédés connus utilisant la modulation vibro-acoustique pour détecter la présence d'un défaut restent assez complexes à mettre en oeuvre, notamment car ils nécessitent d'intégrer à la structure deux type d'émetteurs différents, à savoir l'émetteur basse fréquence et l'émetteur haute fréquence. De plus, ces procédés ne peuvent pas être mis en oeuvre en même temps que le dispositif qui intègre la structure est utilisé. En effet, l'utilisation d'un tel dispositif dans un milieu industriel se traduit par la présence de bruits importants, notamment dans les basses fréquences, qui viennent perturber le signal basse fréquence généré par l'émetteur basse fréquence.
  • L'invention vise à proposer un procédé de détection de défauts qui utilisent la modulation vibro-acoustique tout en étant plus simple à mettre en oeuvre. Elle a donc pour objet un procédé de détection d'un défaut dans une structure conforme à la revendication 1.
  • L'invention a également pour objet un système pour la mise en oeuvre de ce procédé de détection conforme à la revendication 10.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
    • la figure 1 est une illustration schématique d'un système permettant de détecter un défaut dans une structure ;
    • la figure 2 est un organigramme d'un procédé de détection d'un défaut susceptible d'être mis en oeuvre dans le système de la figure 1 ;
    • les figures 3 à 6 sont des graphes illustrant des spectres de puissance de signaux générés lors de la mise en oeuvre du procédé de la figure 2 ;
    • la figure 7 est un organigramme d'un autre procédé de détection d'un défaut susceptible d'être mis en oeuvre dans le système de la figure 2 ;
    • la figure 8 est un graphe illustrant les spectres de puissance de différents signaux utilisés lors de la mise en oeuvre du procédé de la figure 7.
  • Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail.
  • Dans cette description, des exemples détaillés de modes de réalisation sont d'abord décrits dans un chapitre I en référence aux figures. Ensuite, dans un chapitre II, des variantes de ces modes de réalisations sont introduites. Enfin, les avantages des différents modes de réalisation sont présentés dans un chapitre III.
    • Chapitre I : Exemples de modes de réalisation.
  • La figure 1 représente un système 2 qui comporte :
    • un dispositif 4 équipé d'une structure 6, et
    • un appareillage 8 de détection d'un défaut dans la structure 6.
  • La structure 6 est une pièce mécanique du dispositif 4. Par la suite, ce premier mode de réalisation est décrit dans le cas particulier où la structure 6 est une structure mince. Par exemple, ici, la structure mince 6 présente une face externe et une face interne séparées l'une de l'autre par l'épaisseur e6 de la structure mince 6. L'épaisseur es est suffisamment petite pour que les faces externe et interne guident la propagation d'une onde élastique ou d'une onde de Lamb dans la structure mince dans des directions parallèles à ces faces externe et interne. À cet effet, typiquement, l'épaisseur e6 est dix ou cent fois plus petite qu'une longueur et/ou une largeur de la structure mince 6.
  • Habituellement, l'épaisseur e6 est inférieure à 1,5λv, où λv est la longueur d'onde d'une onde de volume de fréquences fHFmin qui peut se propager parallèlement à la face externe de la structure mince 6. La fréquence fHFmin est définie plus loin.
  • À titre d'illustration, ici, la structure mince 6 est un panneau composite constituant le fuselage d'un avion. Dans ce cas, le dispositif 4 est l'avion qui contient ce panneau composite.
  • La structure mince 6 est réalisée en matériaux composites laminés, c'est-à-dire par un empilement, dans une direction perpendiculaire à la face externe, d'une succession de couches chacune réalisée dans un matériau respectif. Comme expliqué dans le chapitre II sur les variantes, l'enseignement donné dans ce cas particulier est transposable sans difficulté particulière à de nombreuses autres structures possibles.
  • Pour simplifier la figure 1, la structure mince 6 est représentée sous la forme d'un simple rectangle. Toutefois, en réalité, la forme de la structure mince 6 est plus complexe. En particulier, dans le cas particulier d'un panneau composite du fuselage, la structure mince 6 présente typiquement des courbes arrondies.
  • Dans le cas où le dispositif 4 est un avion, le dispositif 4 comporte typiquement au moins un moteur 10 de propulsion qui, par exemple, entraîne en rotation les pales d'une turbine pour déplacer l'avion et le faire voler. Ainsi, dans ce mode de réalisation, l'utilisation normale du dispositif 4 consiste à entraîner en rotation cette turbine à l'aide du moteur 10.
  • Classiquement, l'utilisation normale du dispositif 4 génère un signal basse fréquence qui fait vibrer la structure mince 6 à basse fréquence. Une utilisation "normale" est une utilisation du dispositif 4 qui n'a pas uniquement pour but de détecter un défaut dans la structure mince 6. Ainsi, ici, l'utilisation normale du dispositif 4 consiste à entraîner les pales de la turbine à une vitesse qui permet de propulser l'avion le long d'une trajectoire. Dans ce texte, « basse fréquence » désigne des fréquences comprises entre 5 Hz et 20 kHz.
  • Le dispositif 4 est tel que 95 % de la puissance du signal basse fréquence est comprise dans une bande [fBFmin, fBFmax] de fréquences lorsque le dispositif 4 est utilisé en absence de signal haute fréquence généré par l'appareillage 8. Autrement dit, le spectre de puissance du signal basse fréquence construit à partir d'échantillons d'une mesure des vibrations de la structure mince 6 lorsque le dispositif 4 est utilisé, et en absence du signal haute fréquence généré par l'appareillage 8, présente un lobe de puissance qui représente 95 % de la puissance totale mesurée sur toute l'étendue du spectre de puissance construit qui s'étend de 5 Hz à 20 kHz. Ce lobe de puissance débute à la fréquence fBFmin et se termine à la fréquence fBFmax. Ce spectre de puissance est construit en appliquant une transformée de Fourier aux échantillons de la mesure des vibrations acquises à une fréquence d'échantillonnage fe constante. Cette fréquence fe est supérieure 40 kHz et, ici, également supérieure à deux fois la fréquence fHFmax. La fréquence fHFmax est décrite plus loin.
  • Ici, le dispositif 4 génère un signal basse fréquence lorsqu'il est utilisé pour lequel :
    • la fréquence fBFmin est supérieure à 5 Hz et, de préférence, supérieure à 100 Hz, et
    • la fréquence fBFmax est inférieure à 20 kHz ou à 5 kHz.
  • Par exemple, il a été observé expérimentalement que les vibrations dans la structure 6 qui apparaissent lorsque le moteur 10 entraîne la turbine en rotation pour propulser l'avion sont comprises entre 100 Hz et 2 kHz.
  • Les fréquences fBFmin et fBFmax sont différentes. La largeur de la bande [fBFmin ; fBFmax] est supérieure à 5 Hz et, typiquement, supérieure 100 Hz.
  • La puissance du signal basse fréquence généré par le dispositif 4 lorsqu'il est utilisé est suffisamment importante pour être capable de déplacer un défaut de type contact entre ses états ouvert et fermé. Le signal basse fréquence généré par le dispositif 4 lorsqu'il est utilisé est une onde vibratoire appelée également « onde élastique à basse fréquence ». Elle se propage parallèlement à la face externe de la structure mince 6 et de partout dans la structure mince 6. Elle est réfléchie par des discontinuités dans la structure mince 6 et, en particulier, par les bords de la structure mince 6.
  • Généralement, le signal basse fréquence généré par le dispositif 4 lors de son utilisation normale est un signal généré involontairement. Il s'agit donc d'un bruit. Ce bruit peut présenter les caractéristiques d'un champ diffus mais pas nécessairement. Les caractéristiques du signal basse fréquence ne peuvent donc pas être réglées ou contrôlées précisément contrairement aux caractéristiques d'un signal basse fréquence généré par un émetteur basse fréquence dédié à cette fonction. C'est pour cela que ce signal basse fréquence n'a pas été utilisé dans les procédés connus de détection de défauts tels que celui décrit dans l'article A1.
  • À cause d'un problème lors de la fabrication de la structure mince 6 ou à cause de l'usure liée à l'usage répété du dispositif 4, un défaut de type contact peut apparaître dans la structure mince 6. Un tel défaut de type contact est par exemple une fissure. Dans le cas d'un composant en matériaux composites laminés, une telle fissure peut apparaître à l'intérieur d'une des couches de matériaux du composant ou être le résultat d'un délaminage entre deux couches empilées l'une sur l'autre.
  • Il est important de détecter rapidement un tel défaut, notamment pour déclencher des opérations de maintenance préventives avant que le défaut ne s'agrandisse jusqu'à un stade où cela rend le dispositif 4 inutilisable.
  • L'appareillage 8 permet de détecter l'apparition d'un défaut de type contact dans la structure mince 6 à un stade précoce, c'est-à-dire bien avant que ce défaut rende le dispositif 4 inutilisable.
  • Pour cela, l'appareillage 8 utilise la modulation vibro-acoustique qui apparaît en présence d'un défaut, d'un signal basse fréquence et d'un signal haute fréquence. Il comporte à cet effet :
    • un émetteur haute fréquence 20,
    • un capteur 22,
    • un calculateur électronique 24, et
    • une interface homme-machine 26.
  • L'émetteur 20 est apte à générer un signal haute fréquence qui se propage dans la structure mince 6 parallèlement à sa face externe. Pour cela, l'émetteur 20 est fixé sur la structure mince 6 sans aucun degré de liberté dans des directions parallèles à la face externe de la structure mince 6. De plus, ici, l'émetteur 20 est fixé sur la structure mince 6 sans aucun degré de liberté dans une direction perpendiculaire à la face externe. Par exemple, l'émetteur 20 est collé sur la face externe ou interne de la structure mince 6. L'émetteur 20 peut aussi être reçu dans un logement réalisé à cet effet dans l'épaisseur de la structure mince 6. Dans ce dernier cas, l'émetteur 20 est situé entre les faces externe et interne de la structure mince 6.
  • L'émetteur 20 est apte à générer un signal haute fréquence qui présente les caractéristiques décrites ci-dessous. Ici, l'émetteur 20 ne remplit aucune autre fonction à l'intérieur du dispositif 4 ou du système 2 que celle consistant à générer ce signal haute fréquence.
  • Le signal haute fréquence généré par l'émetteur 20 est une onde élastique. Dans le cas d'une structure mince, de préférence, le signal haute fréquence est une onde de Lamb. 95 % de la puissance du signal haute fréquence est comprise dans une bande [fHFmin ; fHFmax] de fréquences lorsque le signal haute fréquence est émis en absence de signal basse fréquence. Ainsi, le spectre de puissance construit à partir d'échantillons d'une mesure des vibrations de la structure mince 6 lorsque le signal haute fréquence est émis et lorsque le dispositif 4 est inutilisé, présente un lobe de puissance qui représente 95 % de la puissance totale mesurée sur toute l'étendue du spectre de puissance construit. Ce lobe de puissance débute à la fréquence fHFmin et se termine à la fréquence fHFmax. Ce spectre de puissance est construit en appliquant une transformation de Fourier directement aux échantillons de la mesure des vibrations acquis à la fréquence fe d'échantillonnage constante.
  • Lorsque le dispositif 4 est inutilisé, la structure mince 6 n'est soumise à aucune vibration, sauf celles éventuellement générées par l'émetteur 20.
  • La fréquence fHFmin est deux fois supérieure à la fréquence fBFmax et généralement cinq ou dix fois supérieure à la fréquence fBFmax.
  • La fréquence fHFmax est choisie pour éviter la détection de défaut de trop petite taille. En effet, plus la fréquence fHFmax est grande et plus la taille des défauts détectables par l'appareillage 8 est petite. Or il est souhaitable de ne pas détecter des défauts de trop petite taille qui ne présentent aucun risque pour le fonctionnement du dispositif 4 et qui ne doivent donc déclencher aucune opération de maintenance préventive. À cause de cela, généralement, la fréquence fHFmax est inférieure à 5 MHz.
  • Les fréquences fHFmin et fHFmax sont dans la bande de fréquences où l'atténuation par unité de longueur des ondes de Lamb dans la structure mince 6 est faible. Typiquement, les fréquences fHFmin et fHFmax sont choisies pour que l'atténuation des ondes de Lamb soit suffisamment faible pour permettre aux ondes de Lamb de se propager sur une longueur suffisante avant d'être trop atténuée. Une "longueur suffisante" est une longueur qui permet aux ondes de Lamb d'atteindre le défaut à détecter. Par exemple, une longueur suffisante est une longueur comprise entre 0,1.Lmax et Lmax ou entre 0,5.Lmax et Lmax, où Lmax est la plus grande distance qui sépare l'émetteur 20 d'un bord de la structure mince 6. "trop atténuée" signifie que la modulation vibro-acoustique générée par l'interaction du signal basse fréquence et des ondes de Lamb au niveau du défaut le plus éloigné que l'appareillage 8 doit permettre de détecter, n'est pas détectable à partir des mesures du capteur 22 car la puissance du signal causé par la modulation vibro-acoustique est inférieure ou égale à la puissance du bruit de mesure. Le bruit de mesure est égal à la somme du bruit ambiant dans la structure mince 6 et du bruit électronique de appareillage 8 et, notamment, du capteur 22. Ainsi, le choix des fréquences fHFmin et fHFmax dépend des caractéristiques de la structure mince 6 et des caractéristiques du bruit de mesure. Typiquement, les fréquences fHFmin et fHFmax sont donc choisies en réalisant des expérimentations ou des simulations numériques jusqu'à trouver des valeurs acceptables pour les fréquences fHFmin et fHFmax.
  • Les fréquences fHFmin et fHFmax sont également situées à l'intérieur de la bande passante du capteur 22, c'est-à-dire à l'intérieur de la bande de fréquences où les vibrations sont mesurables par ce capteur 22.
  • Enfin, le signal haute fréquence est conçu pour, combiné avec le signal basse fréquence généré par l'utilisation normale du dispositif 4, produire une modulation vibro-acoustique détectable lorsque la structure mince 6 comporte un défaut de type contact et cela sans imposer de contrainte particulière sur le signal basse fréquence. En effet, ici, les caractéristiques du signal basse fréquence sont imposées par la construction et l'utilisation normale du dispositif 4. Il a été établi que pour que la génération simultanée des signaux haute fréquence et basse fréquence produise une modulation vibro-acoustique détectable lorsqu'un défaut de type contact est présent, le signal haute fréquence généré par l'émetteur 20 doit vérifier deux conditions appelées par la suite, respectivement, condition (1) et condition (2).
  • La condition (1) est que la durée du signal haute fréquence doit être supérieure à 1/fBFmin. Ici, pour satisfaire cette condition, le signal haute fréquence est émis pendant toute la durée di d'un intervalle [ti ; ti+1], Ainsi, l'émission du signal haute fréquence débute à un instant ti et se termine à un instant ti+1. Les intervalles d'émission du signal haute fréquence peuvent être répétés. De préférence, la durée di est plusieurs fois supérieure à 1/fBFmin. Par exemple, la durée di est dix ou cent fois supérieure à 1/fBFmin. Dans ce mode de réalisation, la durée di est choisie suffisamment longue pour que le signal haute fréquence ait le temps d'être réfléchi par les bords de la structure mince 6 avant de revenir vers le capteur 22.
  • Pour économiser de l'énergie, la durée di est aussi choisie assez courte, c'est-à-dire typiquement inférieure à 5 min ou 1 min ou 30 s.
  • La condition (2) est qu'il existe un spectre de puissance du signal vibratoire mesuré par le capteur 22 dans lequel :
    • 95 % de la puissance du spectre du signal basse fréquence est comprise dans une plage [uBFmin ; uBFmax] de fréquences lorsque le dispositif 4 est utilisé en absence du signal haute fréquence généré par l'appareillage 8, et
    • 95 % de la puissance du signal haute fréquence est comprise dans une plage [uHFmin ; uHFmax] de fréquences lorsque le signal haute fréquence est émis en absence du signal basse fréquence, et
    • le signal haute fréquence est configuré pour que la largeur de la plage [uHFmin ; uHFmax] soit systématiquement inférieure à la fréquence uBFmin relevée dans le même spectre de puissance.
  • Étant donné que le signal basse fréquence est généré par l'utilisation du dispositif 4, la largeur de la plage [uBFmin ; uBFmax] est systématiquement supérieure à 5 Hz ou 100 Hz.
  • Actuellement, la raison pour laquelle la condition (2) permet de détecter des modulations vibro-acoustiques alors que les caractéristiques du signal basse fréquence ne sont pas ajustables est la suivante : la modulation vibro-acoustique produite par un défaut génère dans le spectre de puissance des lobes additionnels de puissance. Ces lobes additionnels de puissance sont le résultat de l'apparition d'harmoniques à des fréquences égales à fHFi + n.fBFm, où :
    • fHFi est une fréquence comprise dans la plage [fHFmin ; fHFmax],
    • fBFm est une fréquence comprise dans la plage [fBFmin ; fBFmax],
    • n est un entier relatif, c'est-à-dire un nombre entier pouvant être positif ou négatif, et
    • le symbole "." désigne l'opération de multiplication.
  • La puissance de ces harmoniques est beaucoup plus faible que la puissance du signal haute fréquence. Ainsi, si une telle harmonique apparaît à l'intérieur de la plage [uHFmin ; uHFmax], elle ne peut pas être distinguée du signal haute fréquence lui-même et n'est donc pas détectable. Lorsque la condition (2) est vérifiée, cela garantit que ces harmoniques sont systématiquement situées en dehors de la plage [uHFmin ; uHFmax] et donc qu'elles sont détectables. De plus, il est avantageux que le signal haute fréquence soit configuré pour que la largeur de la plage [uHFmin ; uHFmax] soit deux, quatre ou dix fois inférieure à la fréquence uBFmin.
  • Le spectre de puissance du signal vibratoire pour lequel la condition (2) est vérifiée n'est pas nécessairement celui construit en appliquant directement une transformée de Fourier aux échantillons du signal vibratoire acquis à la fréquence fe constante. Au contraire, comme illustré dans le mode de réalisation de la figure 2, il peut s'agir d'un spectre de puissance construit à partir d'échantillons du signal vibratoire ayant déjà subi un post-traitement tel qu'un re-échantillonnage adaptatif, un filtrage ou autre.
  • La fréquence fBFm du signal basse fréquence et la fréquence fHFi du signal haute fréquence qui forment un couple (fBFm ; fHFi) de fréquences pour lesquels une modulation vibro-acoustique se produit en présence d'un défaut dans la structure mince 6 ne sont pas ici connues à l'avance. Par exemple, la fréquence fHFi, pour laquelle une modulation vibro-acoustique se produit en présence d'un défaut dans la structure mince 6, varient en fonction des caractéristiques de la structure mince, des caractéristiques du signal basse fréquence et parfois en plus en fonction des caractéristiques du défaut à détecter. Pour pallier à cette difficulté, dans ce premier mode de réalisation, le signal haute fréquence balaye une large bande de fréquences. A cet effet, la largeur de la plage [fHFmin ; fHFmax] est large, c'est-à-dire supérieure à 10 kHz et, de préférence, supérieure à 20 kHz ou à 50 kHz. Par conséquent, en utilisant une large plage [fHFmin ; fHFmax], la probabilité que cette plage inclut au moins une fréquence fHFi augmente. Il est dès lors possible de mettre en oeuvre un procédé de détection utilisant la modulation vibro-acoustique sans pour cela déterminer au préalable précisément là où les fréquences fHFi pour lesquelles la modulation vibro-acoustique apparaît lorsqu'un défaut est présent dans la structure mince.
  • Ici, pour balayer la bande [fHFmin ; fHFmax], le signal haute fréquence émis est un gazouillis plus connu sous le terme anglais de « chirp ». Dans ce cas, la fréquence du signal haute fréquence est modulée pour balayer au moins une fois toutes les fréquences de la bande [fHFmin ; fHFmax] pendant la durée di de l'intervalle [ti ; ti+1] et en suivant une loi prédéterminée LHF. La loi LHF associe à chaque instant t compris dans l'intervalle [ti ; ti+1] une fréquence instantanée prédéterminée fHF(t) du signal haute fréquence. Par exemple, dans ce premier mode de réalisation, la loi LHF est une fonction linéaire qui fait croître linéairement, en fonction du temps t, la fréquence instantanée fHF(t) du signal haute fréquence en partant de la fréquence fHFmin à l'instant ti jusqu'à la fréquence fHFmax à l'instant ti+1.
  • Dans ce premier de mode de réalisation, l'amplitude instantanée du signal haute fréquence reste constante et n'est pas modulée. La loi LHF est une loi prédéterminée à l'avance et mémorisée dans le calculateur 24.
  • Ainsi, dans ce premier mode de réalisation, le signal haute fréquence est entièrement défini à partir du moment où la fréquence fHFmin, la durée di et la loi LHF sont connues.
  • L'émetteur 20 est capable d'émettre le signal haute fréquence décrit ci-dessus. A titre d'illustration, l'émetteur 20 est un émetteur piézo-électrique commandé par le calculateur 24.
  • Le capteur 22 est apte à mesurer le signal vibratoire et, en particulier, les harmoniques résultant de la modulation vibro-acoustique lorsqu'un défaut est présent dans la structure mince. À cet effet, sa bande passante englobe la bande de fréquences dans laquelle ces harmoniques sont susceptibles d'apparaître. Ici, pour cela, la limite supérieure de sa bande passante à -3 dB est supérieure à 2fHFmax ou 3fHFmax.
  • La limite inférieure de sa bande passante à -3 dB est de préférence inférieure ou égale à 20 kHz. Ici, sa limite inférieure est suffisamment basse pour que ce même capteur 22 puisse être utilisé pour mesurer le signal basse fréquence généré lors de l'utilisation du dispositif 4. Par exemple cette limite inférieure est inférieure à 100 Hz ou à 10 Hz.
  • Le capteur 22 est fixé sur la structure mince sans aucun degré de liberté dans les directions parallèles à la face externe de la structure mince 6. Le capteur 22 est par exemple fixé sur la structure mince 6 comme décrit dans le cas de l'émetteur 20.
  • Dans ce mode de réalisation, l'appareillage 8 comporte un seul capteur 22 pour mesurer le signal vibratoire. Le capteur 22 est par exemple un capteur piézoélectrique.
  • Le calculateur 24 est relié :
    • à l'émetteur 20 pour commander l'émission du signal haute fréquence tel que précédemment décrit,
    • au capteur 22 pour acquérir les mesures du signal vibratoire à la fréquence d'échantillonnage fe, et
    • à l'interface homme-machine 26 pour signaler à un utilisateur l'existence ou non d'un défaut dans la structure mince 6.
  • Le calculateur 24 est configuré pour mettre en oeuvre l'un des procédés de détection des figures 2 et 7. À cet effet, il comporte un microprocesseur programmable 30 et une mémoire 32 contenant les instructions et les données nécessaires pour la mise en oeuvre du procédé de détection.
  • L'interface homme-machine 6 comporte par exemple un écran ou un voyant qui permet de signaler à un être humain la présence d'un défaut dans la structure mince 6 lorsque le calculateur 24 a détecté un tel défaut.
  • Le calculateur 24 et l'interface homme-machine 26 n'ont pas besoin d'être directement fixés sur la structure mince 6. Ils sont au contraire déportés ailleurs dans l'avion. De plus, calculateur 24 et l'interface homme-machine 26 ne sont pas nécessairement dédiés seulement à la détection d'un défaut dans la structure mince 6. Ainsi, ils peuvent aussi être utilisés, en alternance, pour réaliser d'autres fonctions comme par exemple le traitement de mesures provenant d'autres capteurs que du capteur 22.
  • Le fonctionnement du système 2 va maintenant être décrit en référence au procédé de la figure 2 et à l'aide des graphes des figures 3 à 6.
  • Les graphes des figures 3 à 6 et le graphe de la figure 8 représentent des spectres de puissance. Sur ces graphes, les abscisses sont des fréquences exprimées en Hertz et les ordonnées représentent la puissance du signal pour une fréquence correspondante. Les ordonnées sont exprimées dans une unité arbitraire fonction de la puissance du signal et, par exemple, proportionnelle à la puissance de ce signal pour cette fréquence.
  • Le procédé de détection de la figure 2 comporte une phase 50 d'utilisation du dispositif 4 et, au moins en partie en parallèle :
    • une phase 60 de calibration, et
    • une phase 80 de détection d'un défaut.
  • La phase 50 d'utilisation peut être réitérée à plusieurs reprises. Dans ce cas, entre deux itérations successives de la phase 50, le procédé comporte une phase 52 de repos pendant laquelle le dispositif 4 n'est pas utilisé.
  • La phase 50 consiste à utiliser normalement le dispositif 4. Ici, pendant la phase 50, la turbine est entraînée en rotation par le moteur 10 pour propulser l'avion le long d'une trajectoire. Par exemple, pendant la phase 50, l'avion est en vol. Pendant toute la durée de la phase 50, l'utilisation du dispositif 4 provoque la génération du signal basse fréquence précédemment décrit dans la structure mince 6.
  • Pendant la phase 52, le dispositif 4 est inutilisé et la génération du signal basse fréquence est donc interrompue. Par exemple, pendant la phase 52, l'avion est stationnaire et garé sur un parking. Le moteur 10 est éteint et la turbine ne tourne pas.
  • Les phases 60 et 80 sont exécutées au moins en partie en parallèle de la phase 50 d'utilisation. Par contre, bien que cela soit possible et même dans certains cas avantageux, il n'est pas nécessaire que les phases 60 et 80 soient toutes les deux réalisées entièrement en parallèle d'une phase 50 d'utilisation ou entièrement en parallèle d'une même phase 50.
  • Lors de la phase 60, le capteur 22 mesure le signal vibratoire et le calculateur 24 acquiert, lors d'une étape 62, les mesures du capteur 22 à la fréquence d'échantillonnage fe. Lors de l'étape 62, le calculateur 24 inhibe la génération du signal haute fréquence. Ainsi, le signal vibratoire mesuré par le capteur 22 lors de l'étape 62 et acquis par le calculateur 24, correspond seulement au signal basse fréquence.
  • Ensuite, lors d'une étape 64, le calculateur 24 détermine la valeur des fréquences fBFmin et fBFmax qui, dans le spectre de puissance construit directement à partir des échantillons relevés à la fréquence fe, délimite la bande [fBFmin ; fBFmax] de fréquences.
  • Ensuite, lors d'une étape 66, le calculateur utilise la fréquence fBFmin déterminée lors de l'étape 64 pour choisir une durée di de l'intervalle [ti ; ti+1] qui satisfait la condition (1) précédemment énoncée. Ensuite, toujours lors de l'étape 66, le calculateur 24 utilise la fréquence fBFmax déterminée lors de l'étape 64 pour choisir une fréquence fHFmin supérieure à deux fois la fréquence fBFmax déterminée. Dès lors, à partir de cet instant, la forme d'onde du signal haute fréquence à générer est entièrement définie puisque la loi LHF est préenregistrée dans la mémoire 32.
  • Il est souligné que le signal haute fréquence ainsi défini satisfait aussi la condition (2) notamment à cause de la forme d'onde imposée par la loi LHF choisie. En effet, en procédant à un ré-échantillonnage adaptatif des échantillons acquis à la fréquence fe constante, il est possible d'obtenir un nouvel échantillonnage du signal vibratoire dans lequel la période d'échantillonnage instantanée TR(t) à l'instant t n'est plus constante, mais fonction du ratio 1/fHF(t), où fHF(t) est la fréquence instantanée du signal haute fréquence à l'instant t. Typiquement, la période TR(t) est proportionnelle à k/fHF(t), où k est un entier naturel constant. Les procédés de ré-échantillonnage adaptatif sont connus. Par conséquent, le procédé de ré-échantillonnage adaptatif mis en oeuvre ici n'est pas décrit en détail. Par exemple, le procédé de ré-échantillonnage adaptatif mis en oeuvre est le même que celui décrit dans l'article A1.
  • Dans le spectre de puissance construit en appliquant une transformée de Fourier aux échantillons du nouvel échantillonnage obtenu après le ré-échantillonnage adaptatif, la largeur de la bande [uHFmin ; uHFmax] est très petite, c'est-à-dire inférieure à 5 Hz. Ainsi, dans le spectre de puissance construit après ré-échantillonnage adaptatif, la largeur de la bande [uHFmin ; uHFmax] est systématiquement inférieure à la fréquence uBFmin qui correspond à la limite inférieure de la bande [uBFmin ; uBFmax]. Ceci est illustré plus loin sur les figures 4 à 6.
  • Une fois la forme d'onde du signal haute fréquence définie de manière à satisfaire à la fois les conditions (1) et (2), la phase 80 de détection d'un défaut est exécutée. La phase 80 est au moins en partie exécutée en parallèle de la phase 50.
  • Après que la phase 50 ait débuté depuis plusieurs minutes, lors d'une étape 82, le calculateur 24 commande l'émetteur 20 pour générer le signal haute fréquence défini lors de la phase 60 en même temps que l'utilisation du dispositif 4 génère le signal basse fréquence.
  • En parallèle, lors d'une étape 84, le capteur 22 mesure le signal vibratoire causé par la propagation simultanée du signal haute fréquence et du signal basse fréquence dans la structure mince 6. Le calculateur 24 acquiert, à la fréquence fe les échantillons du signal vibratoire mesuré pendant toute la durée de l'intervalle [ti ; ti+1],
  • Après l'instant ti+1, lors d'une étape 86, le calculateur 24 détecte, à partir des mesures acquises du signal vibratoire, la présence d'un défaut. Pour cela, le calculateur 24 détecte la présence d'au moins un lobe additionnel de puissance correspondant aux harmoniques causées par la modulation vibro-acoustique en cas de présence d'un défaut.
  • Ici, pour cela, lors d'une opération 88, le calculateur 24 procède d'abord à un ré-échantillonnage adaptatif pour obtenir le nouvel échantillonnage dans lequel la période instantanée TR(t) d'échantillonnage est proportionnelle à 1/fHF(t).
  • Ensuite, lors d'une opération 90, le calculateur 24 détecte la présence d'un lobe additionnel de puissance dans le spectre de puissance construite en appliquant une transformée de Fourier directement aux échantillons du nouvel échantillonnage. Si un tel lobe additionnel de puissance existe, il se situe habituellement à droite et à gauche d'un pic de puissance centré sur la fréquence moyenne fHFm du signal haute fréquence. Dans ce mode de réalisation, la fréquence fHFm est égale à (fHFmin + fHFmax)/2.
  • Si un lobe additionnel de puissance est détecté lors de l'opération 90, alors le calculateur 24 procède à une étape 96. Lors de l'étape 96, il commande l'interface homme-machine 26 pour signaler l'existence d'un défaut dans la structure mince 6 à un utilisateur.
  • Dans le cas contraire, si aucun lobe additionnel de puissance n'est détecté lors de l'opération 90, le calculateur 24 inhibe le signalement d'un tel défaut.
  • La phase 80 peut être répétée plusieurs fois pendant la phase 50 d'utilisation. Par exemple, la phase 80 est réitérée à intervalles réguliers pour vérifier fréquemment l'état de santé de la structure mince 6. Il est aussi possible de déclencher l'exécution de la phase 80 en réponse à la réception, par le calculateur 24, d'une commande transmise par un utilisateur.
  • Le fonctionnement du procédé de la figure 2 est aussi illustré par les graphes des figures 3 à 6. Les graphes des figures 3 à 6 ont été obtenus dans le cas particulier suivant :
    • les fréquences fBFmin et fBFmax sont égales, respectivement, à 500 Hz et à 2 kHz,
    • les fréquences fHFmin et fHFmax sont égales, respectivement, à 25 kHz et à 100 kHz, et
    • la durée di est égale à 1 secondes
  • Le graphe de la figure 3 représente :
    • le spectre 300 de puissance du signal basse fréquence,
    • le spectre 302 de puissance du signal haute fréquence, et
    • le spectre 304 de puissance du signal vibratoire mesuré par le capteur 22 en présence d'un défaut de type contact dans la structure mince 6.
    Ces trois spectres de puissance sont obtenus en appliquant une transformation de Fourier directement aux échantillons acquis à la fréquence d'échantillonnage fe pendant l'intervalle [ti ; ti+1].
  • Le spectre 302 s'étend continûment de 25 kHz à 100 kHz. Sur cette bande de 25 kHz à 100 kHz, le spectre 302 est pratiquement constant sauf à proximité des limites à 25 kHz et 100 kHz.
  • Ce graphe montre que dans le spectre de puissance 304 du signal vibratoire mesuré par le capteur 22, les harmoniques causées par des modulations vibro-acoustiques sont situées à l'intérieur de la bande [fHFmin ; fHFmax] et ne peuvent donc pas être clairement distinguées du lobe de puissance correspondant au signal haute fréquence.
  • Le graphe de la figure 4 représente le spectre de puissance du signal vibratoire obtenu après le ré-échantillonnage adaptatif et en absence de défaut dans la structure mince 6.
  • Les graphes des figures 5 à 6 représentent le spectre de puissance du même signal vibratoire que celui utilisé pour construire le spectre 304 mais obtenu après le ré-échantillonnage adaptatif, c'est-à-dire en appliquant une transformée de Fourier aux échantillons obtenus à l'issue de l'opération 88. Les graphes des figures 5 et 6 ont été obtenus en présence d'une microfissure dans la structure mince 6 et plus précisément en présence d'un début de délaminage entre deux couches de la pale.
  • Le graphe de la figure 6 est un agrandissement de la portion du graphe de la figure 5 autour du pic de puissance correspondant au signal haute fréquence. Sur ce graphe de la figure 6, les lobes additionnels de puissance situés à droite et à gauche du pic de puissance correspondant au signal haute fréquence sont entourés par des cadres, respectivement 602 et 604.
  • La comparaison du spectre de puissance 304 au spectre du graphe de la figure 4 montre que le ré-échantillonnage adaptatif a pour effet de compresser le spectre de puissance du signal haute fréquence autour de la fréquence moyenne fHFm. Ici, cette fréquence fHFm est égale à 62,5 kHz. Ainsi, dans le spectre de puissance obtenu après ré-échantillonnage adaptatif, la largeur de la bande [uHFmin ; uHFmax] est très petite et plus petite que la fréquence uBFmin. Sur les figures 4 et 5, le lobe de puissance qui est causé par le signal basse fréquence est entouré par un ovale 502.
  • Les figures 5 et 6 montrent que dans le spectre de puissance obtenu après ré-échantillonnage adaptatif, les lobes additionnels de puissance causés par la modulation vibro-acoustique se distinguent clairement du pic de puissance causé par le signal haute fréquence situé à 62,5 kHz. Le calculateur 24 peut ainsi facilement détecter l'existence de ces lobes additionnels de puissance dans le spectre de puissance des figures 5 et 6.
  • La figure 7 représente un autre procédé de détection d'un défaut susceptible d'être mis en oeuvre par le calculateur 24 à la place du procédé de la figure 2. Ce procédé est identique au procédé de la figure 2 sauf que la phase 60 de calibration est remplacée par une phase 200 de calibration et la phase 80 de détection est remplacée par une phase 210 de détection.
  • La phase 200 consiste à identifier au moins une fréquence fHFi pour laquelle la modulation vibro-acoustique apparaît lorsqu'un défaut est présent dans la structure mince 6 et en présence du signal basse fréquence généré par l'utilisation du dispositif 4. Par exemple la fréquence fHFi est déterminée par expérimentation ou par simulation numérique. Une fois la fréquence fHFi identifiée, celle-ci est enregistrée dans la mémoire 32 du calculateur 24. Notamment dans le cas où la fréquence fHFi est déterminée par simulation numérique, il n'est pas nécessaire que cette phase 200 soit exécutée au moins en partie en parallèle d'une phase 50.
  • La phase 210 est identique à la phase 80 sauf que :
    • lors de l'étape 84, le signal haute fréquence est un signal dont la fréquence est constante pendant toute la durée di et égale à la fréquence fHFi identifiée lors de la phase 200, et
    • l'opération 88 de ré-échantillonnage adaptatif est omise de sorte que l'opération 90 de détection du lobe additionnel de puissance est directement réalisée à partir des échantillons du signal vibratoire acquis à la fréquence d'échantillonnage fe et non pas à partir d'échantillons issus de l'opération 88 de ré-échantillonnage adaptatif.
  • Le graphe de la figure 8 représente :
    • le spectre de puissance 300 du signal basse fréquence,
    • le spectre de puissance 306 du signal haute fréquence, et
    • le spectre de puissance 308 du signal vibratoire mesuré par le capteur 22 en présence d'un défaut.
  • Les spectres de puissance 300, 306 et 308 sont obtenus en appliquant une transformation de Fourier directement aux échantillons, respectivement, du signal basse fréquence, du signal haute fréquence et du signal vibratoire acquis à la fréquence d'échantillonnage fe.
  • Dans le graphe de la figure 8, le spectre 306 est une simple raie de largeur très faible située à la fréquence 62,5 kHz. Typiquement, la largeur de cette raie est inférieure à 5 Hz de sorte que la condition (2) est systématiquement satisfaite. Ainsi, comme illustré sur ce graphe, les lobes additionnels de puissance causés par la modulation vibro-acoustique sont situés de part et d'autre du pic de puissance à 62,5 kHz correspondant au signal haute fréquence et peuvent donc être facilement détectés par le calculateur 24. Sur la figure 8, pour améliorer la lisibilité du graphe, la hauteur des lobes additionnels est environ égale à la hauteur du pic à 62,5 kHz. Toutefois, en réalité, comme précédemment indiqué, la hauteur des lobes additionnels est beaucoup plus petite.
  • Dans le cas du procédé de la figure 7, les plages [uBFmin; uBFmax] et [uHFmin; uHFmax] sont égales, respectivement, aux bandes [fBFmin; fBFmax] et [fHFmin; fHFmax].
    • Chapitre II - Variantes Variantes de la structure :
  • Le procédé décrit ici s'applique à d'autres structures minces qu'un panneau de fuselage d'un avion. Par exemple, la structure mince dans laquelle un défaut doit être détecté en mettant en oeuvre l'un des procédés décrits au chapitre I peut être toute pièce dans la largeur et la longueur est dix fois ou cent fois plus grande que son épaisseur. Dans le cas d'une pièce non rectangulaire, la largeur et la longueur de cette pièce non rectangulaire sont égales, respectivement, à la longueur et à la largeur du rectangle de plus petite surface qui contiennent entièrement la projection orthogonale de cette pièce non rectangulaire sur un plan, le long d'une direction normale à la face externe de cette pièce. Ainsi, la structure mince peut aussi être une plaque, un rail, un tube, un barreau ou toute autre pièce dont l'épaisseur est petite devant sa longueur ou sa largeur. En particulier, par exemple dans le cas d'un barreau, la structure mince ne comporte pas nécessairement à la fois une face externe et une face interne.
  • La structure mince peut être réalisée dans d'autres matériaux qu'un matériau composite laminé. Par exemple, la structure mince peut être réalisée dans un matériau non laminé ou non composite. Dans ce cas, par exemple, la structure mince est une pale d'une turbine ou d'une hélice. Ainsi, les procédés décrits ici s'appliquent aussi à des structures minces réalisées en métal ou en béton.
  • Les défauts détectables à l'aide des procédés décrits ici ne se limitent pas à des fissures ou des microfissures. Il peut aussi s'agir de défauts tel que des traces de corrosion ou d'une modification locale de la porosité de la structure mince.
  • Le dispositif équipé de la structure mince n'est pas nécessairement un avion. Par exemple, le dispositif 4 peut être tout véhicule de transport de matériel ou de personnes. Dans ce cas, l'utilisation du dispositif consiste à utiliser le véhicule pour transporter du matériel ou des personnes le long d'une trajectoire. Typiquement, un tel véhicule est équipé d'un moteur apte à le propulser le long de cette trajectoire lorsqu'il fonctionne. Le signal basse fréquence est alors par exemple généré par les vibrations de ce moteur de propulsion lorsqu'il fonctionne ou par l'écoulement turbulent d'un fluide qui s'écoule le long de la structure mince lorsque ce véhicule se déplace. Lorsque le dispositif est un véhicule, la structure mince est par exemple une pièce de la carrosserie de ce véhicule ou du châssis de ce véhicule ou d'un moteur de ce véhicule. Le véhicule peut être un aéronef, un véhicule automobile, un véhicule ferroviaire, un véhicule de transport maritime, une fusée ou autre.
  • Le dispositif peut aussi être une canalisation de transport d'un fluide. Dans ce cas, l'utilisation du dispositif consiste à faire circuler, typiquement en régime turbulent, le fluide à transporter à l'intérieur de la canalisation. Dans ce cas, la structure mince est typiquement la paroi de la canalisation. Le fluide transporté peut être un liquide ou un gaz.
  • Le dispositif peut aussi être un ouvrage sur lequel circule un véhicule de transport de matériel et/ou de personnes. Dans ce cas, l'utilisation du dispositif consiste à faire circuler le véhicule de transport sur cet ouvrage. L'ouvrage est par exemple un ouvrage de génie civil tel qu'un pont ou une voie sur laquelle circule le véhicule de transport. Dans ce cas, la structure mince est par exemple un rail sur lequel circule un véhicule ferroviaire.
  • En variante, la structure n'est pas une structure mince. Dans ce cas, le signal haute fréquence est adapté pour se propager, sans trop être atténué dans la structure et, de préférence, parallèlement à une face de cette structure. Par exemple, pour cela, l'onde de Lamb est remplacée par une onde de Rayleigh qui se propage parallèlement à une face de la structure.
    • Variantes de l'appareillage de détection :
  • D'autres technologies de capteur sont utilisables pour réaliser le capteur 22. Par exemple, le capteur 22 peut être réalisé à l'aide :
    • d'un capteur électro-magnéto-acoustique, plus connu sous l'acronyme EMAT («Electro Magneto-Acoustic Transducer),
    • d'un film en matériaux PVDF (Polyfluorure de vinylidène), ou
    • d'une fibre optique dans laquelle est aménagé un réseau de Bragg.
  • L'utilisation d'un capteur EMAT dans le contexte de la détection de défaut dans une structure mince métallique est par exemple décrite dans la demande FR3105554 . Un capteur EMAT est intéressant en ce que la mesure du signal vibratoire s'effectue sans contact direct entre le capteur et la face externe ou interne de la structure mince. Dans ce cas, le capteur EMAT est fixé sur la structure mince de manière à ne présenter aucun degré de liberté dans une direction parallèle à la face de la structure mince sur laquelle il est fixé. Par contre, il peut présenter un faible degré de liberté dans une direction perpendiculaire à cette face.
  • L'utilisation d'un réseau de Bragg en tant que capteur du signal vibratoire est décrite en détail dans la demande FR3014200.
  • Dans une variante simplifiée, le capteur 22 est uniquement apte à mesurer les composantes du signal vibratoire dont les fréquences sont supérieures à fBFmax. Dans ce cas, ce capteur ne peut pas être utilisé lors de la phase 60 de calibration. Dès lors, la phase 60 de calibration est réalisée en utilisant un autre capteur capable de mesurer le signal basse fréquence. Cet autre capteur peut être fixé sur la structure mince 6 uniquement lors de la phase de calibration puis retiré ensuite. En effet, cet autre capteur n'est pas nécessaire pour la mise en oeuvre de la phase 80 ou de la phase 210 de détection.
  • Le nombre de capteurs utilisés dans l'appareillage 8 pour mesurer le signal vibratoire peut être supérieur à un. Dans le cas où le nombre de capteurs est supérieur à deux, la localisation du défaut détecté dans la structure mince est souvent en plus possible.
  • D'autres modes de réalisation sont possibles pour l'émetteur 20. Par exemple, un capteur piézo-électrique, un capteur EMAT, un film PVDF peuvent aussi être utilisés pour générer le signal haute fréquence. Dans ce cas, le même capteur peut en plus être utilisé pour générer le signal haute fréquence et, en alternance, pour mesurer le signal vibratoire.
  • En variante, l'émetteur 20 génère, en tant que signal haute fréquence, non pas une onde de Lamb mais un autre type d'onde élastique ultrasonore telle qu'une onde de volume, une onde de surface, une onde de Rayleigh ou autre. Dans ces derniers cas, il n'est pas nécessaire que la structure 6 soit une structure mince.
  • L'appareillage 8 peut aussi comporter plusieurs exemplaires de l'émetteur 20 fixés à différents endroits sur la structure mince.
  • En variante, l'interface homme-machine 26 est amovible. Dans ce cas, typiquement, lors de l'utilisation du dispositif 4, l'interface 26 n'est pas présente. L'interface 26 est raccordée au calculateur 24 uniquement lors d'une opération de maintenance préventive pour afficher l'existence ou non d'un défaut.
    • Variantes du procédé :
  • La phase de calibration peut être omise. Dans ce cas, par exemple, la fréquence fHFmin et la durée di sont des constantes pré-enregistrées dans la mémoire 32. Ces constantes ont, au préalable, été déterminées pour que la condition (1) soit satisfaite, par exemple, à partir de simulations numériques et/ou à partir de mesures réalisées sur un prototype.
  • Lors de la phase 60 de calibration, la fréquence d'échantillonnage n'est pas nécessairement supérieure à deux fois la fréquence fHFmax.
  • D'autres méthodes de détection des lobes additionnels de puissance dans le spectre de puissance sont possibles. En particulier, bien que ce soit un mode de réalisation particulièrement avantageux, il n'est pas nécessaire de mettre en oeuvre un ré-échantillonnage adaptatif. Par exemple, dans une première variante, au lieu d'échantillonner la mesure du capteur 22 à la fréquence constante fe, la mesure du capteur 22 est directement échantillonnée avec un pas non régulier égal à TR(t). Dans ce cas, par exemple, comme indiqué ci-dessus, la phase de calibration est omise. Dans une autre variante, les mesures acquises peuvent être divisées en courtes fenêtres temporelles. Par exemple, pour obtenir un spectre de puissance dans lequel les lobes additionnels de puissance se détachent clairement du bruit de fond et du pic de puissance du signal haute fréquence, une méthode utilisant les transformées de Fourier à temps court, plus connue sous l'acronyme STFT («Short Time Fourier Transform) peut aussi être mise en oeuvre en tant qu'alternative à une méthode de ré-échantillonnage adaptatif. La mise en oeuvre de telles transformées de Fourier à temps court à cette fin, est par exemple décrite en détail dans l'article A1. Il existe encore d'autres méthodes alternatives au ré-échantillonnage adaptatif. De telles méthodes alternatives sont, par exemple, décrites dans l'article suivant : Zhipeng Feng et Al, "Recent advances in time-frequency analysis methods for machinery fault diagnosis: A review with application examples", Mechanical Systems and Signal Processing, Volume 38, Issue 1, 5 July 2013, Pages 165-205.
  • Les méthodes précédemment décrites pour obtenir un spectre de puissance dans lequel les harmoniques provoquées par la modulation vibro-acoustique sont détectables peuvent être combinées avec d'autres méthodes connues pour améliorer le rapport signal sur bruit et ainsi permettre d'isoler plus facilement les lobes additionnels de puissance. Par exemple, il est possible d'utiliser à cette fin les techniques d'inversion d'impulsions ou de modulation d'amplitude. Le lecteur peut se référer à l'article suivant pour une description plus détaillée de telles techniques : SONG et AL : "Coded excitation for ultrasound tissue harmonic imaging", Ultrasonics 50, 2010, pages 613-619. Il est aussi possible de réduire le bruit en mettant en oeuvre des méthodes conventionnelles de filtrage comme une simple moyenne de plusieurs échantillons.
  • Lorsque l'appareillage 8 comporte plusieurs capteurs et typiquement au moins trois capteurs répartis sur la structure mince, il est possible, non seulement de détecter la présence d'un défaut, mais aussi de localiser son emplacement. Pour cela, par exemple, les procédés de détection décrits sont combinés avec une méthode connue de localisation d'un défaut à partir des signaux vibratoires mesurés par chacun des capteurs. Par exemple, la distance entre un capteur et le défaut détecté est estimée à partir du temps de propagation du signal vibratoire jusqu'à ce capteur puis, par triangulation, l'emplacement du défaut détecté est estimé. Une méthode basée sur ce principe est par exemple décrite dans la demande FR3014200 . La méthode d'imagerie de défaut décrite dans la demande FR3075373 peut aussi être adaptée pour utiliser les signaux vibratoires mesurés par chacun des capteurs de l'appareillage 8 afin de localiser le défaut détecté.
  • Dans le cas où la localisation d'un défaut doit être estimée, de préférence, la distance entre l'émetteur 20 et chacun des capteurs est plus grande qu'une longueur d'onde λHFmin du signal haute fréquence à la fréquence fHFmin. Typiquement, cette distance est supérieure à 1 cm, 5 cm ou 10 cm. De plus, de préférence, la durée d'émission du signal haute fréquence est choisie suffisamment courte pour que le signal haute fréquence émis ne soit pas réfléchi par des discontinuités de la structure mince comme par exemple ses bords.
  • D'autres formes de « chirp » sont possibles en tant que signal haute fréquence. Par exemple, au lieu d'une croissance linéaire de la fréquence, il peut s'agir d'une décroissance linéaire de la fréquence. La croissance linéaire de la fréquence instantanée pendant la durée di peut aussi être remplacée par une croissance exponentielle de la fréquence instantanée pendant cette durée di. Dans ces cas, la méthode de ré-échantillonnage adaptatif doit être adaptée pour obtenir une nouvelle période d'échantillonnage TR(t) à l'instant t qui reste un multiple entier de la période 1/fHF(t). Par exemple, la définition d'un tel signal pour lequel la fréquence instantanée fHF(t) augmente exponentiellement pendant la durée di est décrite dans l'article suivant : GUIDORZI et Al : "Impulse responses measured with MLS o Swept-Sine signals applied to architectureal acoustics : an in-depth analysis of the two methods ans somme case studies of measurements inside theaters", Energy Procedia 78, 2015, pages 1611-1616.
  • En variante, en plus de moduler la fréquence pendant la durée di, il est aussi possible de moduler l'amplitude du signal haute fréquence selon une loi prédéterminée LAHF qui à chaque instant t de l'intervalle [ti ; ti+1] associe une amplitude instantanée AHF(t) non nulle du signal haute fréquence.
  • Comme illustré dans le cas du mode de réalisation de la figure 7, en variante, le signal haute fréquence n'est pas un « chirp ». Par exemple, le signal haute fréquence peut aussi être un signal haute fréquence correspondant à un spectre de puissance combinant plusieurs signaux mono-fréquences à des fréquences distinctes.
  • L'étape 86 de détection peut être réalisée à un moment où le dispositif 4 n'est pas utilisé. Dans ce cas, lors de la phase 50, les mesures du capteur 22 sont enregistrées dans la mémoire 32 puis le traitement de ces mesures enregistrées est réalisé en parallèle de la phase 52.
    • Chapitre III- Avantages des modes de réalisation décrits
  • La condition (2) permet d'utiliser un signal basse fréquence naturellement généré lors de l'utilisation du dispositif pour détecter des défauts au lieu d'utiliser des signaux basse fréquence générés par un émetteur basse fréquence dédié à cet usage. Ainsi, les différents modes de réalisation du procédé de détection décrits ici conservent les avantages des procédés de détection utilisant la modulation vibro-acoustique tout en présentant en plus l'avantage qu'il n'est pas nécessaire d'installer un émetteur basse fréquence additionnel dans le dispositif pour mettre en oeuvre ce procédé de détection.
  • De plus, puisque le procédé décrit ici exploite le signal basse fréquence naturellement généré lors de l'utilisation du dispositif, la détection de défauts est possible en même temps que ce dispositif est utilisé. À l'inverse, dans les procédés connus de détection qui exploitent la modulation vibro-acoustique, ces procédés doivent être mis en oeuvre en l'absence du signal basse fréquence naturellement généré par l'utilisation normale du dispositif, ce qui nécessite l'interruption de l'utilisation du dispositif pour détecter un défaut.
  • Le fait que la largeur de la bande [fHFmin ; fHFmax] soit supérieure à 10 kHz et de préférence supérieure à 50 kHz permet d'obtenir un signal haute fréquence qui balaye une large plage de fréquences à chaque fois qu'il est émis. Dans ces conditions, il n'est pas nécessaire de procéder à une analyse préalable pour déterminer précisément la ou les fréquences fHFi du signal haute fréquence pour lesquels une modulation vibro-acoustique apparaît en présence d'un défaut. Cela simplifie donc la mise en oeuvre du procédé de détection. Cela permet aussi de détecter un plus grand nombre de défauts différents. En effet, selon la nature du défaut présent, la fréquence fHFi du signal haute fréquence pour laquelle une modulation vibro-acoustique apparaît n'est pas nécessairement toujours la même. Ainsi, en balayant une large plage de fréquences, le signal haute fréquence rend le procédé sensible à différentes natures de défauts.
  • Le fait d'utiliser un seul capteur simplifie la mise en oeuvre du procédé de détection.
  • La mise en oeuvre d'un ré-échantillonnage adaptatif permet d'augmenter la sensibilité du procédé de détection.
  • La phase de calibration permet de régler automatiquement la fréquence fHFmin et la durée di du signal haute fréquence. Cela simplifie donc la mise en oeuvre du procédé et permet de l'adapter automatiquement à un plus grand nombre de situations différentes.
  • L'utilisation d'onde de Lamb pour le signal haute fréquence permet de diminuer la consommation d'énergie de l'appareillage 8 car l'atténuation des ondes de Lamb dans une structure mince est faible.

Claims (12)

  1. Procédé de détection d'un défaut dans une structure d'un dispositif par modulation vibro-acoustique, ce procédé comportant :
    - la génération (50) d'un signal basse fréquence qui fait vibrer la structure, 95% de la puissance de ce signal basse fréquence étant comprise dans une plage [fBFmin; fBFmax] de fréquences supérieure à 5 Hz, où la fréquence fBFmin est supérieure à 5 Hz et la fréquence fBFmax est inférieure à 20 kHz,
    - en même temps que la présence du signal basse fréquence, la génération (82), par un émetteur haute fréquence solidaire de la structure, d'un signal haute fréquence qui se propage dans l'épaisseur de la structure et parallèlement à une face de la structure, 95% de la puissance du signal haute fréquence généré étant comprise dans une bande [fHFmin; fHFmax] de fréquences, où la fréquence fHFmin est deux fois supérieure à la fréquence fBFmax et la durée du signal haute fréquence est supérieure à 1/fBFmin,
    - la mesure (84), par un capteur, d'un signal vibratoire causé par les signaux basse fréquence et haute fréquence générés en même temps, un spectre de puissance de ce signal vibratoire comportant :
    - une première plage [uBFmin; uBFmax] de fréquences qui délimite une zone qui contient 95% de la puissance du signal basse fréquence généré en absence du signal haute fréquence, la fréquence uBFmin étant supérieure à 5 Hz,
    - une seconde plage [uHFmin; uHFmax] de fréquences qui délimite une zone qui contient 95% de la puissance du signal haute fréquence généré en absence du signal basse fréquence, et
    - uniquement lorsque la structure comporte un défaut, au moins un lobe additionnel de puissance situé en dehors des plages [uBFmin; uBFmax] et [uHFmin, uHFmax], puis
    - la détection (86), à partir des mesures du signal vibratoire, de l'existence du lobe additionnel, puis
    - le signalement (96) d'un défaut dans la structure si un tel lobe additionnel est détecté et, sinon, l'absence de signalement d'un défaut dans la structure, dans lequel :
    - la génération (50) du signal basse fréquence comporte seulement l'utilisation du dispositif, cette utilisation du dispositif générant le signal basse fréquence sans avoir recours à un émetteur basse fréquence uniquement utilisé pour générer ce signal basse fréquence,
    - la largeur de la première plage [uBFmin; uBFmax] est supérieure à 5 Hz, et
    - la largeur de la seconde plage [uHFmin; uHFmax] de fréquences est systématiquement inférieure à uBFmin,
    caractérisé en ce que :
    - la génération (82) du signal haute fréquence comporte :
    - la génération du signal haute fréquence pendant toute la durée d'un intervalle [ti; ti+1], la génération du signal haute fréquence débutant à l'instant ti et s'arrêtant à l'instant ti+1, la durée de cet intervalle [ti; ti+1] étant supérieure à 1/fBFmin, et
    - pendant cet intervalle [ti; ti+1], la fréquence du signal haute fréquence est modulée pour passer de la fréquence fHFmin à la fréquence fHFmax en suivant une loi prédéterminée LHF de variation qui à chaque instant t situé à l'intérieur de l'intervalle [ti; ti+1] associe une fréquence instantanée prédéterminée fHF(t) du signal haute fréquence,
    - la détection (86) de l'existence du lobe additionnel comporte :
    - une opération (88) de ré-échantillonnage adaptatif des mesures du capteur pour obtenir un nouvel échantillonnage des mesures du capteur dans lequel la période d'échantillonnage instantanée à chaque instant t de l'intervalle [ti; ti+1] est un multiple entier de 1/fHF(t), le spectre de puissance du nouvel échantillonnage obtenu comportant la première plage [uBFmin; uBFmax] de fréquences, la seconde plage [uHFmin; uHFmax] de fréquences et, uniquement lorsque la structure comporte un défaut, au moins un lobe additionnel de puissance situé en dehors de la première plage [uBFmin; uBFmax] et en dehors de la seconde plage [uHFmin; uHFmax], puis- la détection du lobe additionnel dans le spectre de puissance du nouvel échantillonnage obtenu.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la largeur de la bande [fHFmin; fHFmax] de fréquences est supérieure à 10 kHz et, de préférence, supérieure à 50 kHz.
  3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un seul capteur est utilisé pour mesurer le signal vibratoire.
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la loi LHF est une fonction linéaire ou une fonction exponentielle du temps.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le procédé comporte une phase (60) de calibration qui comporte :
    - l'arrêt de la génération du signal haute fréquence et, en parallèle, la mesure (62), par le capteur, du signal vibratoire causé par le seul signal basse fréquence, puis
    - la détermination (64), à partir du signal vibratoire causé par le seul signal basse fréquence, de la fréquence fBFmin, puis
    - le réglage de l'émetteur haute fréquence pour que la génération du signal haute fréquence dure pendant une durée supérieure à 1/fBFmin.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le signal haute fréquence généré est une onde de Lamb ou une onde de Rayleigh.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 4 à 5, dans lequel le procédé comporte :
    - la mesure (84), par plusieurs capteurs solidaires de la structure et disposés à différents emplacements de la structure, du signal vibratoire causé par les signaux basse fréquence et haute fréquence générés en même temps, et
    - la détection du défaut et l'estimation de sa position dans la structure à partir des mesures du signal vibratoire réalisées par lesdits plusieurs capteurs.
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'utilisation du dispositif qui génère le signal basse fréquence est choisie dans le groupe constitué des utilisations suivantes :
    - dans le cas où le dispositif est un véhicule de transport d'un matériel ou d'une personne, l'utilisation du dispositif consiste à transporter ce matériel ou cette personne le long d'une trajectoire à l'aide de ce véhicule,
    - dans le cas où le dispositif est une canalisation de transport de fluide, l'utilisation du dispositif consiste à faire circuler, en régime turbulent, le fluide à transporter à l'intérieur de cette canalisation,
    - dans le cas où le dispositif est un ouvrage sur lequel circule un véhicule de transport d'un matériel ou d'une personne, l'utilisation du dispositif consiste à faire circuler ce véhicule de transport sur cette ouvrage, et
    - dans le cas où le dispositif est une hélice, l'utilisation du dispositif consiste à entraîner en rotation l'hélice pour déplacer une masse de fluide à l'aide de cette hélice.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la génération du signal basse fréquence comporte la génération du signal basse fréquence avec une puissance suffisante pour déformer périodiquement le défaut entre un état fermé et un état ouvert à une fréquence comprise dans la bande [fBFmin; fBFmax].
  10. Système comportant un dispositif (4) équipé d'une structure (6), ce système étant apte à générer, lorsqu'il est utilisé, un signal basse fréquence qui fait vibrer la structure, 95% de la puissance de ce signal basse fréquence étant comprise dans une plage [fBFmin; fBFmax] de fréquences supérieure à 5 Hz, où la fréquence fBFmin est supérieure à 5 Hz et la fréquence fBFmax est inférieure à 20 kHz,
    ce système comportant aussi un appareillage (8) de détection d'un défaut dans la structure par modulation vibro-acoustique, cet appareillage comportant :
    - un émetteur haute fréquence (20) solidaire de la structure, cet émetteur haute fréquence étant apte à générer, en même temps que la présence du signal basse fréquence, un signal haute fréquence qui se propage dans l'épaisseur de la structure et parallèlement à une face de la structure, 95% de la puissance du signal haute fréquence généré étant comprise dans une bande [fHFmin; fHFmax] de fréquences, où la fréquence fHFmin est deux fois supérieure à la fréquence fBFmax et la durée du signal haute fréquence étant supérieure à 1/fBFmin,
    - un capteur (22) solidaire de la structure, ce capteur étant apte à mesurer un signal vibratoire causé par les signaux basse fréquence et haute fréquence générés en même temps,
    - un calculateur (24) configuré pour :
    - détecter, à partir des mesures du signal vibratoire, l'existence d'un lobe additionnel de puissance dans un spectre de puissance du signal vibratoire mesuré qui comporte :
    - une première plage [uBFmin; uBFmax] de fréquences qui délimite une zone qui contient 95% de la puissance du signal basse fréquence généré en absence du signal haute fréquence , la fréquence uBFmin étant supérieure à 5 Hz
    - une seconde plage [uHFmin; uHFmax] de fréquences qui délimite une zone qui contient 95% de la puissance du signal haute fréquence généré en absence du signal basse fréquence,
    - uniquement lorsque la structure comporte un défaut, au moins un lobe additionnel de puissance situé en dehors des plages [uBFmin; uBFmax] et [uHFmin, uHFmax],
    - signaler un défaut dans la structure si un tel lobe additionnel est détecté et, sinon, inhiber le signalement d'un défaut dans la structure,
    dans lequel :
    - le système (2) est apte à générer, lorsqu'il est utilisé, le signal basse fréquence sans avoir recours à un émetteur basse fréquence uniquement utilisé pour générer ce signal basse fréquence,
    - le système est apte à générer le signal basse fréquence pour lequel la largeur de la première plage [uBFmin; uBFmax] est supérieure à 5 Hz, et
    - l'émetteur haute fréquence (20) est configuré pour générer le signal haute fréquence pour lequel la largeur de la seconde plage [uHFmin; uHFmax] de fréquences est systématiquement inférieure à uBFmin,
    caractérisé en ce que :
    - l'émetteur haute fréquence est configuré pour :
    - générer le signal haute fréquence pendant toute la durée d'un intervalle [ti; ti+1], la génération du signal haute fréquence débutant à l'instant ti et s'arrêtant à l'instant ti+1, la durée de cet intervalle [ti; ti+1] étant supérieure à 1/fBFmin, et
    - pendant cet intervalle [ti; ti+1], moduler la fréquence du signal haute fréquence pour passer de la fréquence fHFmin à la fréquence fHFmax en suivant une loi prédéterminée LHF de variation qui à chaque instant t situé à l'intérieur de l'intervalle [ti; ti+1] associe une fréquence instantanée prédéterminée fHF(t) du signal haute fréquence,
    - le calculateur est configuré pour détecter l'existence du lobe additionnel en exécutant les opérations suivantes :
    - une opération de ré-échantillonnage adaptatif des mesures du capteur pour obtenir un nouvel échantillonnage des mesures du capteur dans lequel la période d'échantillonnage instantanée à chaque instant t de l'intervalle [ti, ti+1] est un multiple entier de 1/fHF(t), le spectre de puissance du nouvel échantillonnage obtenu comportant la première plage [uBFmin; uBFmax] de fréquences, la seconde plage [uHFmin; uHFmax] de fréquences et, uniquement lorsque la structure comporte un défaut, au moins un lobe additionnel de puissance situé en dehors de la première plage [uBFmin; uBFmax] et en dehors de la seconde plage [uHFmin; uHFmax], puis
    - la détection du lobe additionnel dans le spectre de puissance du nouvel échantillonnage obtenu.
  11. Système selon la revendication 10, dans lequel le dispositif (4) est choisi dans le groupe constitué d'un véhicule de transport d'un matériel ou d'une personne, d'une canalisation, d'un ouvrage sur lequel circule un véhicule de transport d'un matériel ou d'une personne et d'une hélice.
  12. Système selon la revendication 10 ou 11, dans lequel :
    - l'appareillage (8) de détection d'un défaut comporte plusieurs capteurs solidaires de la structure et disposés à différents emplacements de la structure, chacun de ces capteurs étant aptes à mesurer un signal vibratoire causé par les signaux basse fréquence et haute fréquence générés en même temps, et
    - le calculateur (24) est en plus configuré pour détecter le défaut et estimer sa position dans la structure à partir des mesures du signal vibratoire réalisées par lesdits plusieurs capteurs.
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